Hoe werken computers (waar worden de nullen en enen opgeslagen)?

Nelson, 12 jaar
2 augustus 2016

Hoe worden ze gemaakt hoe kunnen een paar draden en moederborden zoveel informatie bevatten? Waarin worden de nullen en de enen opgeslagen? Transistoren gaan binnenkort de grootte van een atoom benaderen. Zijn het dan moleculen? Hoe kunnen ze dan gemaakt worden?

Antwoord

Hallo Nelson, dat zijn een heleboel heel goede vragen, en het is dan ook wat werk om ze te beantwoorden.

Een computer werkt inderdaad door gegevens voor te stellen als nullen en enen, en daar dan mee te rekenen en de resultaten op te slaan.

Dat opslaan van nullen en enen gebeurt op veel plaatsen in een computer, en er zijn veel verschillende systemen voor. Voor ik dat uitleg ga ik eerst even uitleggen wat er zoal in een computer zit:

  • CPU: Engelse afkorting voor de rekeneenheid. De CPU voert computerprogramma's uit. Om dit te doen gebeuren er vooral veel berekeningen, zoals optellen, aftrekken, gegevens lezen en gegevens schrijven. Als er bijvoorbeeld een som moet gemaakt worden (1 + 4) dan krijgt de CPU opdracht om de 1 en de 4 in te lezen, dan maakt de CPU de som (5) en schrijft dit resultaat. De gegevens (de 1, 4 en 5) worden in de computer voorgesteld als nullen en enen (hoe dat gebeurd ga ik even niet uitleggen), en de CPU leest en schrijft ze in RAM.
  • RAM: weer een Engelse afkorting voor een soort geheugen dat nullen en enen kan opslaan. Er zijn een aantal soorten, maar eigenlijk maak je met transistoren een 'geheugencel', een soort van heel kleine elektrische schakelaar. Wanneer de schakelaar op 'aan' wordt gezet zal die onthouden dat er een 1 staat, als je hem uit zet staat er een nul. Een probleempje van RAM is dat de schakelaar zichzelf na een tijdje uitzet, en dat weet je niet meer of er een nul of een één stond. Daarom moet RAM geheugen de hele tijd stroom krijgen, zodat we er voor kunnen zorgen dat ze niet vergeten of ze aan of uit stonden. Als je je computer uitzet krijgt het RAM geheugen geen stroom meer en raakt het dus zijn nullen en enen kwijt. Daarom wordt het alleen gebruikt als werkgeheugen voor de CPU wanneer de computer aanstaat. Maar er zijn natuurlijk ook gegevens die je niet wil kwijtraken: je foto's, programma's en spelletjes wil je niet kwijt elke keer wanneer je je computer uitzet. Daarom zijn er nog andere geheugens die hun inhoud niet vergeten wanneer je ze uitzet, bijvoorbeeld een harde schijf en Flash geheugen.
  • Flash geheugen: dit is wat er in een USB stick zit. Op een USB stick kan de een computer bestanden schrijven, dan kan je die wegsteken (dan krijgt die geen stroom maar weet toch nog wat er staat), en dan kan je die later weer insteken en de nullen en enen weer inlezen. Flash geheugen werkt een beetje zoals RAM maar de elektrische lading die een eentje voorstelt (de schakelaar) wordt hier gevangen zodat die niet verdwijnt (rond de schakelaar zit een materiaal dat niet elektrisch geleidt waardoor de lading niet weg kan).
  • Harde schijf: die werkt op een heel andere manier, door magentisme. In een harde schijf zitten schijven en op die schijven worden eentjes en nulletjes magnetisch geschreven en gelezen. Ook als de harde schijf geen stroom krijgt wordt de magnetische informatie er heel lang in bewaard (jaren).
  • CD, DVD, Blu-Ray: nog een veel gebruikte manier om nullen en enen op te slaan is op een schijfje. Dat werkt nog anders: op zo'n schijfje staat een heel lange spiraal (1 lange lijn die begint in het midden en stopt aan de rand). Op die lange spiraal (zo'n 5 kilometer lang op een CD, en nog veel langer op een DVD en Blu-ray) worden heel kleine putjes gebrand en zo kan de computer weten of er nullen of enen staat. Ook zonder elektriciteit blijven de putjes gewoon staan, dus je kan die schijfjes ook gebruiken om gegevens lang te bewaren, zolang je maar geen krassen maakt natuurlijk, want dan maak je zelf heel veel en heel rare putjes bij.

Over de grootte van transistoren: die worden inderdaad steeds kleiner, en met transistoren geheugencellen maken wordt moeilijker en moeilijker. Op dit moment zijn de allerkleinste transistoren nog altijd meer dan 10 atomen 'dik', maar we zitten bijna aan het eind van wat er mogelijk is. Die transistoren worden gemaakt in een 'cleanroom', zoals bij imec in Leuven (waar ze onderzoek doen naar steeds kleinere transistoren). Om transistoren te maken maak je hele kleine laagjes metaal en andere materialen (enkele atomen dik), en dan kras je de stukjes weg die je niet wil. Dat wordt inderdaad moeilijker en moeilijker, omdat die laagjes metaal heel dun worden, en je ook heel kleine stukjes materiaal moet wegkrassen. Een andere moeilijkheid is dat de transistoren zelf zo klein worden dat het heel moeilijk wordt om de schakelaars te maken.

Als je hier meer over wil weten kan je eens kijken naar bezoekjes en kampen die RVO society organiseert (ik heb de link hieronder bijgevoegd).

Ik hoop in ieder geval dat dit alvast wat van je vragen beantwoordt!

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2021
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen