A tranzisztor

A tranzisztor a szívében lévő vákuumcső forradalmi cseréje volt század első felében. Maguknak a vákuumcsöveknek csak két fő problémájuk volt: hataloméhesek voltak és viszonylag nagyok voltak. Cseréikhez viszonyítva, vagyis. Hajlamosak voltak kiégni vagy szivárogni a működés során, ami katasztrofálisnak bizonyulhat.

1947-ben John Bardeen és Walter Brattain, valamint William Shockley, a Bell főnöke A laboratóriumok sikeresen felerősítették az elektromos áramot germániummal. Ezt a "point-contact tranzisztort", aminek hívták, hamarosan felhasználták a számítás felgyorsítására, valamint a számítógépek kisebbé és hatékonyabbá tételére.

Jó példa a tranzisztorra és a vákuumcső a Manchester Computers konstrukciója, amelyet a Manchesteri Egyetemen fejlesztettek ki. Az első, a kis méretű kísérleti gép (SSEM) (1947-ben kifejlesztve) a számítástechnika új innovációinak, például a Williams-csőnek a csúcstechnológiája volt. De még mindig vákuumcsöveket használt. 550 szeleppel rendelkezett, és 3500 watt energiát vett fel.

Az SSEM utódja, a Manchester Mark 1 (1949-ben kifejlesztve) sokkal erősebb volt. 4050 szelepet használt fel, és 25000 watt energiát fogyasztott. Mégis, az 1955-ben épített találó nevű Transistor Computer csak 200 tranzisztort és 1300 diódát használt, és csak 150 wattot használt. Nem ez volt az első számítógép, amely kizárólag vákuumcsöveket használt, de hatalmas előrelépés volt.

Nehéz pontosan megmondani, miért hozták létre a tranzisztort, amikor az volt (válaszolok a kérdésed most), de vitatható lenne, hogy a második világháború számítási eredményei (mint például a Harvard Márk) biztosították, hogy a számítástechnika terén számos új előrelépés történjen; a tranzisztor véletlenül egyike volt ezeknek.

Az integrált áramkör

A integrált áramkör, amelyet körülbelül egy évtizeddel a tranzisztor után fejlesztettek ki, szintén nagy hatással volt a számítástechnikára. Jack Kilby fejlesztette ki 1958-ban - bár sokan mások is részt vettek ezen az úton, és viták folynak arról, hogy ki kapja meg a hitelt az első feltalálásért - Texasban Hangszerek. félvezetőkkel létrehozott egy teljes számítógépes chipet - az integrált áramkört.

Az integrált áramkör hihetetlen mennyiségű tranzisztort tartalmazhat, és ez a bonyolultság és a tömörség teszi oly hasznosá . A gyártás is sokkal könnyebb és gyorsabb volt. Az integrált áramkörök elindítottak egy második számítástechnikai forradalmat, amely megalapozta az olcsóbb számítógépeket, amelyek a tömeg számára elérhetőek voltak.

Most, hogy a kérdés a vákuumcsövek és a tranzisztorok közötti átmenetre összpontosít, szeretnék hozzáfűzni valamit a félvezetőkről, mert kulcsszerepet játszanak a tranzisztorokban.

A félvezetők lehetővé teszik az elektromos áram jó vezetését, de egyik igazán hasznos tulajdonságuk, hogy vezetésük félvezető-dopping nevű folyamatban módosítható. Ez "szennyeződéseket" ad a félvezetőhöz, hozzáadva akár elektronokat, akár lyukakat. A félvezetők lehetnek n-típusúak vagy p-típusúak - az n-típusú félvezetőkben többlet az elektron, míg a p-típusú félvezetőkben több a lyuk. Ezek kombinálhatók diódává.

Egy másik lényeges fejlemény a Czochralski folyamat létrehozása volt, amely lehetővé teszi a félvezetők számára kristályok termesztését. Ez magában foglalja a félvezető doppingolást is, és lehetővé tette a félvezetők nagy méretben történő előállítását, megkönnyítve ezzel a tranzisztorok felépítését.

Vannak más technológiák, amelyek kulcsfontosságúak voltak a számítógépes fejlesztés szempontjából? Természetesen. Idézhetném a vákuumcsövet, a katódsugárcsövet, a szilárdtestalapú meghajtókat és még sok mindent, ami kulcsfontosságú a számítógépes fejlődés szempontjából. De a tranzisztor és az integrált áramkör volt a két főszereplő a "modern számítógép" kifejlesztésében az itt releváns időszakban - a 20. század közepén. Feltételezem, hogy más technológiák esetében is lehetne eseteket, de mindenképpen a lista tetejére sorolnám őket.

Még mindig zavaros, mit értesz a "mérnöki fejlődés" alatt. Számomra az olyan dolgok, mint a vákuumcsövek, a tranzisztorok és az IC-k, technológiák , a mérnöki munka pedig az, hogy ezeket a technológiákat alkalmazzák a valós problémákra, például a számítógépek építésére.

A mérnökök általában minden rendelkezésre álló technológiát a gyakorlati határig vezettek - addig a pontig, ahol más kérdések uralkodnak. Ilyen például:

• Babbage malom egyes részeinek kellő pontossággal történő megmunkálásának képessége, hogy az pontosan és megbízhatóan működjön. Ez korlátozta a mechanikus számológép bonyolultságát.
• Annak érdekében, hogy a vákuumcsövek megbízhatóak legyenek ahhoz, hogy tízezreket működtethessenek legalább néhány órán keresztül, mielőtt az egyik kiégtek. Ez korlátozta a vákuumcsöves számítógép bonyolultságát.

Ezek a fajta mérnöki problémák, amelyeket keres?

Az integrált áramkörökkel, a jelenlegi mainstream technológiával a mérnöki kérdések olyan dolgokat foglalnak magukban, mint a minimális funkcióméret, a statikus és dinamikus energiaeloszlás, valamint a hibasűrűség. Összetett probléma megtalálni a paraméterek legjobb kombinációját, amely a legköltséghatékonyabb (és nyereségesebb!) Chipeket eredményezi.

Hogyan tette lehetővé vákuumcsövek, tranzisztorok és integrált áramkörök felfedezése "számítógépesíteni" az embereket oly módon, ahogyan korábban még nem tették meg?

Mint mondtam, a mechanikai alkatrészek fizikai tulajdonságai és a megmunkálásuk képessége pontosan korlátozta mind a sebességet, mind pedig a sebességet. a mechanikus és elektromechanikus (relé alapú) számítógépek összetettsége.

A megbízható vákuumcsövek sorozatgyártásának képessége lehetővé tette, hogy tisztán elektronikus áramköröket építsenek, amelyek megfelelnek (és végül meghaladják) a reléalapú logika bonyolultságát, miközben sokkal nagyobb sebességgel működnek: tíz és száz kHz helyett több tíz másodperc vagy kevesebb. A csőszálak megbízhatósága azonban végül a domináns kérdéssé vált, amikor a számítógépek eljutottak odáig, hogy több tízezerre volt szükségük.

A tranzisztor fejlesztése lehetővé tette az áramkörök legalább egy sorrendű zsugorodását. nagyságrendű, de ami még fontosabb, a tranzisztorok MTBF-je több nagyságrenddel meghaladta a csövekét. Mindkét előny lehetővé tette bonyolultabb számítógépek fejlesztését. De a csomagban lévő tranzisztor fizikai mérete még mindig problémát jelentett a számítógép méretét tekintve, és a nagyszámú diszkrét kapcsolat továbbra is megbízhatósági problémát vet fel.

Az integrált áramkör mindkét megoldást megoldotta ezek a kérdések, amikor tranzisztorok milliói vannak összezsúfolva abban a kötetben, amelyre egyetlen diszkrét tranzisztor szükséges, és a csatlakozásokat a fém mintázata hozza létre közvetlenül az IC felületén. A számítógépek bonyolultsága és sebessége is ugrásszerűen nőtt, amikor megtanultunk egyre finomabb mintákat készíteni a chipek felületén. Még csak most kezdünk néhány alapvető korlátot látni abban, hogy mennyire tudjuk ezt kitolni, mielőtt új alaptechnológiára lenne szükségünk.

A HDE 226868 már részletesen megemlítette a tranzisztort, ezért sok-sok technológiai fejlődést és elméleti hátteret adok hozzá a számítógép fejlődéséhez.

• Kohászat erős>
  A tömegpiac számára olcsó és megbízható módszerekre van szükség a kívánt elektronikus elemek előállításához. A tömeggyártáshoz integrált áramkörökre van szükség, és ez különösen azt jelenti, hogy ha kis méreteket vesz fel, akkor homogén, kiváló minőségű alapanyagra van szüksége. Ez csak kiváló minőségű szilícium ostyákkal volt lehetséges, és míg a Czochralski folyamat 1916-tól olcsó, nem adott olyan jó eredményeket a szilícium esetében, mint például a zónaolvadás, amelyet 1950/51-ben találtak ki.

• Boolsche Algebra und Cybernetics . A Boole által kifejlesztett logikai algebra lehetővé tette a számítógépek bináris állapotokra építését. Ha valaha volt öröme kipróbálni a decimális rendszereket egy elektronikus gépen (BCD), látja, milyen hihetetlenül könnyebb a logikai és numerikus függvények megvalósítása. Az egyre bonyolultabb helyzetben szükség volt a komplex elektronikus rendszer fejlesztéséhez és vezérléséhez szükséges háttér feltalálására is, így a kibernetika új tanulmányként kezdett fejlődni. Valójában nem lehet lebecsülni azt, amit Babbage és később von Neumann tett: Speciális modellek építése helyett feladatok, amelyek kitalálták a programozható gép ötletét: Adja meg a parancsok egyszerű építőelemeit, és a gép újbóli bekötése helyett fejezze ki megoldását ezzel az egyszerű paranccsal (Talán még mindig vannak itt olyan emberek, akik szó szerint "újraprogramozták" a számítógépeket az alkatrészek újbóli bekötésével!). Feltételes végrehajtás engedélyezése. Kezelje az adatokat és a programot egységként. Megszületett az általános célú számítógép.

• Fotó és kémia Csak a fotózás tudta biztosítani az emberek számára, hogy olcsóbban, robusztusabban és hatékonyabban lehessen kicsinyíteni a kifejlesztett megoldásokat. Fotó litográfia és a mikroszkopikus szerkezetek maratását lehetővé tevő vegyi anyagok kifejlesztése nélkül a számítógépek lehetnek kicsik, de rendkívül drágák.