0 und 1 - Mehr gibt es nicht
In der Elektronik existieren 2 große Schaltungstechniken. Eine davon ist die Analogelektronik. Dies bedeutet, Signale können jede beliebige Höhe annehmen. Z.b. 1,3 V, 4,78 V usw. Wer nun aber sich mit der Digitaltechnik/Computertechnik beschäftigen möchte, hat es nur mit 2 Signalzuständen, 0 und 1. Der Ausdruck Digital kommt von Digitus (Finger) und diesen kann man zeigen oder eben auch nicht. Was bedeutet aber nun 0 oder 1?
Für die Werte 0 oder 1 hat man definierte Werte festgelegt. Man kann z.B. sagen, das Strom aus dem Wert 0 entspricht und 1 dementsprechend Strom an. Für die moderne Elektronik ist dies aber zu ungenau. Durch Signaleinstreuungen etc. kann es in diesem Fall vorkommen, dass eine digitale Schaltung den Wert 1 annimmt obwohl es eigentlich 0 sein sollte. Daher hat man gewisse Grenzen festgelegt.
Moderne digitale Schaltkreise akzeptieren Spannungen in bestimmten Bereichen. Für den Wert 0 werden bis zu 30% der Betriebsspannung akzeptiert und für den Wert 1, mindestens 70% der Betriebsspannung. Der Bereich dazwischen ist der verbotene Bereich. Dieser sollte vermieden werden um undefiniertes Verhalten der Schaltung zu verhindern.
Elektronik zählt
Was sind nun die Stärken der Digitaltechnik? Nehmen wir mal ein konkretes Beispiel. Jeder dürfte wohl Taschenrechner kennen. Stellen wir uns einmal vor, diese würden Analog arbeiten und versuchen sie damit einmal die Zahl Pi=3,141529 darzustellen. Sie bräuchten dann eine Spannung von eben 3,141529 V. Durch die Experimente in der Analogelektronik wissen wir, wie ungenau die Spannungen sein können und eine solche Spannung zu erzeugen ist nur mit einem immensen Aufwand möglich. Für einen digitalen Computer aber ein Leichtes. Warum?
Wir Menschen stellen Zahlen im so genannten 10er-System dar. Dies bedeutet die Ziffern 0-9. Bei größeren Werten erfolgt ein entsprechender Überlauf. Hier ein kurzes Beispiel: Stellen wir einmal den Wert 31415 dar
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10000er |
1000er |
100er |
10er |
1er |
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3 |
1 |
4 |
1 |
5 |
In der Digitaltechnik verwendet man das selbe Prinzip. Nur mit dem Unterschied, dass es nur die Werte 0 und 1 gibt. Bei größeren Werten erfolgt dementsprechend ein Überlauf. Nehmen wir einmal die Zahl 9. Wie sieht diese nun in Digitaltechnik aus?
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8er |
4er |
2er |
1er |
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1 |
0 |
0 |
1 |
Wer nun die Stellen addiert, indem sich eine '1' befindet, kommt auf eben die 9. Jeder weitere Stelle würde den doppelten Wert der vorhergehenden haben. Also 16er, 32er, 64er usw. Und dies kann beliebig wiederholt werden.
Durch diverse digitale Schaltungen ist es möglich, solche Zahlen zu addieren, subtrahieren und zu vergleichen. Damit sind sehr komplexe Schaltungen möglich. Ein Beispiel dafür ist der PC. Ein Bauplan für einen PC, wenn man ihn mit Einzelbauteilen aufbauen würde, würde den Rahmen hier um Etliches sprengen.
Dieses Zahlensystem nennt man auch Binärsystem. Wer sich aber nun die Struktur oben ansieht und ein wenig nachrechnet, wird feststellen das es mehr als 9 Werte gibt. Maximal kann man Zahlen bis 15 darstellen. Um die Ziffern mit den Werten 10 bis 15 auch aufschreiben zu können, hat man einfach die Buchstaben A-F hinzugenommen. Also 10 wird dann A genannt, 11=B usw. Solche Zahlen wurden evtl. schon einmal beim PC gesehen. Z.B. wenn dieser uminöse Fehlermeldungen ausgibt in etwas der Form 'Fehler 217 auf Adresse BC07ADF5'.
Dieses System wird Hexadezimalsystem genannt. Eine Ziffer besteht in diesem System immer aus 4 einzelnen Leitungen. Eine einzelne Leitung ist ein Bit. 4 Leitungen zusammen ergeben ein Nipple. In Computern hat sich die Größe von 8 Bit (= 2 Nipple) als Standard festgelegt. 8 Bit sind auch 1 Byte. Mit einem Byte lassen sich 256 (0-255) verschiedene Werte darstellen. 2 Byte zusammen stellen ein Wort dar.
Um größere Werte nicht immer ausschreiben zu müssen werden diese abgekürzt. Sollen Werte über 1024 dargestellt werden, sagt man auch 'Kilo'. 1 Kilo=1024 Byte. 1024 kByte=1 MByte (Mega), 1024MByte=1 GByte (Giga), 1024 GByte=1 TByte (Terra).