Flipflop

Unter Flipflop denken wir einen Schuh, der beim Gehen leise unter unseren Fűßen knallt. Das Geräusch, das dabei im Takt entsteht, hört sich wie ein „Flip“… und „Flop“- Laut an. Ähnlich wie in der Schuhmode ist der Flipflop in der Digitaltechnik ein Zustand, bei dem ein Fuß seinen Laufimpuls an einen Transportgegenstand weitergibt. In diesem Falle ist der Transportgegenstand kein Schuh, sondern der Impuls wird an einen elektrischen Transistor weitergegeben. Das ist ein ganz winziges Metallteilchen, dass den Zustand „An“ (Flip) oder „Aus“ (Flop) speichern kann. Und die dafűr benötigte Energie entstammt nicht den Laufimpuls der Muskeln unseres Fußes, sondern aus dem Strom aus der Steckdose. Der Strom steuert sämtliche Vorgänge in den Mikrochips, mit denen der Computer reichlich bestückt ist. Ohne Chips kein Computer, denn es gäbe keine Speichermöglichkeiten.

Dieser Flip-Flop-Transistor bildet das Fundament des Computers. Ohne diesen Flipflop-Mechanismus würden viele Prozesse still stehen. Wahrscheinlich könnten wir einen Laptop noch nicht mal hochfahren.

Den Flip-Flop-Transistor nennt man fachsprachlich auch „bistabile Kippstufe“, weil der Transistor immer zwischen zwei Zuständen hin- und herkippt. Er kippt zwischen den simplen Zuständen „der Strom fließt“ (An) und „der Strom fließt nicht“ (Aus).  Wenn wir mit den Flipflops laufen, speichern diese nicht, wieviele Schritte wir gelaufen sind. Wir sehen höchstens Abnutzungserscheinungen an der Schuhsohle. Flip-Flop-Transistoren hingegen speichern jeden Schritt. Denn anhand der Schrittreihenfolge kann man erkennen, welche Informationen (An = 1, Aus = 0) in den Transistoren gespeichert worden sind.

Zur Erinnerung: Jede noch so kleinste Information auf dem Computer wird mit Nullen und Einsen abgespeichert, das primitive, aber sehr effektive Alphabet sämtlicher (sic!) Digitalisierungsprozesse.

Wenn der winzige Transistor auf der Chipkarte diese Binärzahlen einprägen soll, gibt ihm der Taktgenerator den Befehl in Stromimpulsen durch.

Fűr die Ziffer 0 bestimmt der Taktgenerator den Zustand „aus“. Für die Ziffer 1 hingegen  im Kontrast der Zustand „an“. Wenn der Taktgenerator also in einem Takt keinen Strom auf dem Chip durchfließen lässt, so weiß der Transistor, beispielweise das er die Ziffer Null speichern soll.  Das sind enorm viele elektrische Pfeile in einem Bruchteil einer Sekunde: An, An, Aus, An….oder: Flip, Flip, Flop, Flip.

Wird der Computer heruntergefahren und möchte man in einer späteren Sitzung auf gespeicherte Daten zurűckgreifen, so tastet der Prozessor dieses eingeprägte An-Aus-Muster der Transistorenkette auf dem Chip ab und stellt die Informationen zur Verfűgung.

 

 

Integrierter Schaltkreis

Ein integrierten Schaltkreis kann man sich als eine Kette von winzigen kleinen Transistoren vorstellen, die sich alle an den Händen fassen und einen Kreis bilden. Durch diesen Schaltkreis pulsiert der Strom.  Jeder Transistor verarbeitet oder „schaltet“ also immer wieder die gleiche logische Verknüpfung.  Ein integrierter Schaltkreis arbeitet wie mit dem Domino-Effekt: In rasender Geschwindigkeit werden Stromimpulse weitergegeben.

Integrierte Schaltkreise findet man im Inneren von Siliziumchips. Schaltkreise lassen sich je nach Größe auf so einem Mikrochip integrieren. Auf der kleinsten Integrationsstufe Small Scale Integration hocken bis zu 100 Schaltkreis-Elemente auf einer Chip-Fläche von drei Millimetern. Auf diesen drei Millimetern lassen sich verknüpfte Logikgatter von mehr als 100 Transistoren finden. Auf der größte Integrationsstufe Very Large Scale Intergation hingegen haben sich  mehr als 100.000 Schaltkreis-Elemente auf einer Chip-Fläche von 3 Zentimetern angesiedelt .

Auf Englisch nennt sich der integrierte Schaltkreis integrated circuit,  mit der Abkürzung IC.

 

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Transistor

Ein Transistor besteht aus einem unfassbar winzigen Siliziumplättchen. Transistoren speichern den Binärcode. Jede Information, die man eingetippt, wird in Binärcode durch Elektrizität auf diesem Siliziumplättchen gespeichert. Wie funktioniert das genau?

Der Transistor steht mit dem Strom in Verbindung, der aus der Steckdose kommt. Die Eigenschaft eines Transistors besteht darin, dass er diesen Strom weiterführen oder blockieren kann. Hat etwa der  Computer  die Zahl 1 gespeichert, so lässt der Transistor den Strom durch. Der Transistor ist an. Hat der Computer dagegen die Zahl 0 gespeichert, so lässt der Transistor den Strom nicht durch. Der Transistor ist aus. Auf diese Art und Weise speichert der Computer Informationen: Durch  Transistoren, die sich merken, an oder aus zu sein. Einen Transistor lässt sich auch als Haustürklingel vorstellen, die bimmelt oder nicht. Der Strom zum Läuten fließt nur, wenn man den Knopf drückt.„Ein Transistor entspricht dem Klingelknopf an einer Haustür – zumindest, wenn man diesen drei Milliarden mal pro Sekunde betätigen und mit allen anderen Klingeln auf der Welt verbinden könnte.“ erläuterte Benz Benjamin im c’t-Magazin.

In jedem  Computergerät sind in etwa so viele Klingelknöpfe, sprich Transistoren verbaut, wie die Comicente Dagobert Duck Geldmünzen in seinem Geldspeicher hortet. Ein Mikrochip kann dementsprechend ungefähr einer Milliarde Transistoren bestehen.

 

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Die  immer weiter ansteigende Anzahl der Transistoren bildet die Grundlage der digitalen Revolution. 1956 hat der amerikanische Gründer des Prozessorenherstellers Intel,  Gordon Moore,  dafür ein Gesetz entdeckt. Nach dem Moore’schen Gesetz verdoppeln sich die Schaltkreise durch die Transistoren Jahr für Jahr, was immer mehr Speicher und eine immer höhere Rechenleistung des Computers nach sich zieht.