====== Fyzikální základy výpočetní techniky ======

Výpočetní technika není pouze softwarovou záležitostí; je hluboce zakořeněna ve fyzikálních zákonech. Aby mohl počítač zpracovávat informace, musí je reprezentovat pomocí fyzikálních stavů (napětí, magnetická orientace, světelný puls). 



===== 1. Polovodiče: Srdce moderní elektroniky =====

Základem všech moderních [[it:hw:cpu|procesorů]] a pamětí je **křemík** (polovodič). Jeho schopnost měnit svou elektrickou vodivost pomocí tzv. **dotování** (přidávání příměsí) umožnila vznik tranzistoru.

  * **Tranzistor jako spínač:** Základní stavební prvek (MOSFET). Funguje jako elektronicky ovládaný ventil, který buď propouští proud (logická 1), nebo ne (logická 0).
  * **P-N přechod:** Rozhraní mezi dvěma typy polovodičů, které umožňuje jednosměrný tok proudu.

===== 2. Reprezentace informace (Bity a Atomy) =====

Informace musí být v hardwaru uložena pomocí energetických hladin:
  * **Elektrický náboj:** V pamětech [[it:hw:ram|RAM]] (kondenzátory) a Flash discích (plovoucí hradla tranzistorů).
  * **Magnetismus:** Orientace magnetických domén na plotnách pevných disků (HDD).
  * **Světlo:** Přítomnost nebo absence odrazu v optických vláknech nebo na CD/DVD.



===== 3. Termodynamika a odpadní teplo =====

Fyzika klade výpočetní technice jasné limity prostřednictvím tepla. Každé přepnutí tranzistoru vyžaduje energii a část této energie se přemění na teplo (Jouleovo teplo).
  * **TDP (Thermal Design Power):** Maximální množství tepla, které musí chladicí systém odvést.
  * **Landauerův princip:** Teoretický limit minimální energie potřebné k vymazání jednoho bitu informace.

===== 4. Limity miniaturizace a Kvantové jevy =====

S neustálým zmenšováním tranzistorů (dnes v řádech jednotek nanometrů) naráží klasická fyzika na své hranice:
  * **Kvantové tunelování:** Elektrony mohou "přeskočit" izolant, i když by podle klasické fyziky neměly. To způsobuje chyby a zahřívání.
  * **Kvantové počítače:** Namísto boje s kvantovými jevy je využívají k výpočtům pomocí **qubitů** (využívají jevy superpozice a provázání).

===== 5. Přenos signálu a elektromagnetismus =====

Data se mezi komponentami přenášejí jako elektromagnetické vlny po měděných spojích na [[it:hw:motherboard|základní desce]].
  * **Rychlost světla:** Limituje maximální frekvenci procesorů a odezvu sítí.
  * **Elektromagnetické rušení (EMI):** Rychle se měnící proudy v jednom vodiči mohou indukovat nežádoucí proudy v okolních spojích.



----
//Související články://
  * [[it:hw:cpu|Procesor (CPU)]]
  * [[it:hw:ram|Operační paměť (RAM)]]
  * [[it:hw:transdukce|Transdukce: Převod energie]]

//Tagy: {{tag>physics semiconductors hardware electronics thermodynamics quantum_mechanics}}//