Когда вы измеряете температуру тела, часть тепла от него тратится на это самое измерение, то есть на нагрев измерительной части термометра до температуры тела. На самом деле, не совсем до температуры тела, потому что часть тепла уже ушла на измеритель. Таков принцип почти всех измерений в физике. При этом измерение считается хорошим, если измеритель изменяет измеряемую величину незначительно. В случае измерения температуры это означает, что измеряющий элемент термометра должен быть значительно меньше объекта, температуру которого он измеряет.
Любой компьютер состоит из сложно связанных электрических цепей, эти цепи взаимодействуют друг с другом за счет постоянного измерения зарядов, токов или напряжений. Последующая цепь всегда получает ослабленный сигнал от предыдущей за счет собственного сопротивления. Чтобы измерения не приводили к потерям сигналов, оригинальные сигналы в цепях усиливаются перед распространением в следующие участки цепи. Затем часть сигнала расходуется на сопротивления в последующей цепи, откуда возникает значительный тепловой нагрев логических схем. Этот ослабленный сигнал может опять быть усилен и передаваться в другие цепи, в которых также будет ослабляться за счет сопротивлений в них. Поэтому неотъемлимым элементом логических схем является транзистор.
Транзистор является нелинейным элементом с управляемым сопротивлением. Это позволяет использовать его как для усиления сигналов, так и для электронного включения и выключения участков электронной цепи (это тоже нелинейные операции). Любой транзистор проявляет усилительные свойства за счет наличия активного элемента (источника энергии) в управляемой цепи. Усиление невозможно без дополнительного источника энергии (по второму закону термодинамики). Сама по себе электронная логическая схема не требовала бы источников энергии (кроме начального входного сигнала), если бы не постоянные измерения в ней. Но наличие в ней потерь в виде нагрева резисторов приводит к необходимости подводить к электронной логической схеме колоссальное количество энергии, в сравнении с энергией, затрачиваемой в биологическом мозге.
Почему в большинсте случаев в сравнении с биологическими системами электронные логические схемы намного менее эффективны в энергетическом смысле? Дело в том, что в электронных логических схемах все сигналы постоянно поддерживаются на нужном уровне и должны быть доступны большому количеству логических цепей, даже если большей части они не понадобятся. В этом заключается и недостаток и преимущество электронных логических схем. Недостаток состоит в том, что производится большое количество паразитного тепла, а преимущество - в беспрецедентной скорости выполнения сложных вычислений.
p. s. Чтобы сразу увидеть новый материал в моем блоге в своей ленте, подписывайтесь! Буду рад комментариям, вопросам, предложениям.
