От электронных ламп к транзисторам

Современный компьютер представляет собой набор электронных переключателей, кото-

рые используются как для представления информации в двоичном коде (в виде двоичных

единиц — битов), так и для управления ее обработкой. Эти электронные переключатели мо-

гут находиться в двух состояниях — включено и выключено, что позволяет использовать их

для хранения двоичной информации.

В первых компьютерах использовались так называемые триоды — вакуумные лампы,

изобретенные Ли Де Форестом (Lee De Forest) в 1906 году. Триод состоит из трех основных

элементов, расположенных в стеклянной вакуумной лампе: катода, анода и разделяющей их

сетки. При нагревании катода внешний источник питания испускает электроны, которые со-

бираются на аноде. Сетка, расположенная в середине лампы, позволяет управлять потоком

электронов. Когда на сетку подается ток отрицательного потенциала, электроны отталкива-

ются от сетки и притягиваются катодом; при подаче тока положительного потенциала, элек-

троны проходят через сетку и улавливаются анодом. Таким образом, изменяя значение по-

тенциала сетки, можно моделировать состояние анода включено/выключено.

К сожалению, вакуумная лампа в качестве переключателя оказалась малоэффективной.

Она потребляла много электроэнергии и выделяла большое количество тепла — весьма су-

щественная проблема для вычислительных систем того времени. Вакуумные лампы оказались

ненадежными, главным образом из-за постоянного перегрева: в больших системах лампы

приходилось менять каждые два часа или даже чаще.

Изобретение транзистора (или полупроводника) стало одним из наиболее революционных

событий эпохи персональных компьютеров. В 1947 году инженеры Bell Laboratory Джон

Бардин (John Bardeen) и Уолтер Браттейн (Walter Brattain) изобрели транзистор, который был

представлен широкой общественности в 1948 году. Несколько месяцев спустя Уильям Шокли

(William Shockley), один из сотрудников компании Bell, разработал модель переходного тран-

зистора. В 1956 году эти ученые были удостоены Нобелевской премии в области физики.

Транзистор, который, по сути, представляет собой твердотельный электронный переключа-

тель, заменил громоздкую и неудобную вакуумную лампу. Поскольку потребляемая транзи-

сторами мощность незначительна, построенные на их основе компьютеры имели гораздо

меньшие размеры и отличались более высоким быстродействием и эффективностью.

Транзисторы состоят в основном из кремния и германия, а также добавок определенного

состава. Проводимость материала зависит от состава введенных примесей и может быть от-

рицательной, т.е. N-типа, или положительной, P-типа. Материал обоих типов является про-

водником, позволяющим электрическому току выбирать любое направление. Однако при со-

единении материалов разных типов возникает барьер, в результате чего электрический ток

определенной полярности течет только в одном направлении. Именно поэтому такой матери-

ал называется полупроводником.

Для создания транзистора материалы P- и N-типа следует расположить “спиной друг к

другу”, т.е. поместить пластину одного типа между двумя пластинами другого типа. Если ма-

териал средней пластины обладает проводимостью P-типа, то транзистор будет обозначен как

NPN, а если N-типа — то как PNP.

В транзисторе NPN одна из пластин N-типа, на которую обычно подается ток отрицатель-

ного потенциала, называется эмиттером. Средняя пластина, выполненная из материала

P-типа, называется базой. Вторая пластина полупроводника N-типа называется коллектором.

Транзистор NPN по своей структуре похож на триодную электронную лампу: эмиттер яв-

ляется эквивалентом катода, база эквивалентна управляющей сетке, а коллектор подобен

аноду. Изменяя потенциал электрического тока, проходящего через базу, можно управлять

потоком электронов, проходящим между эмиттером и коллектором.

По сравнению с электронной лампой транзистор в качестве переключателя обладает гораздо

большей эффективностью, имея при этом воистину микроскопические размеры. Например, по-

следние модели микропроцессоров Pentium II и III состоят более чем из 27 млн транзисторов!

Переход с вакуумных электронных ламп на транзисторы положил начало процессу ми-

ниатюризации, который продолжается и по сей день. Современные модели портативных или

карманных компьютеров, работающих на аккумуляторах, имеют более высокую производи-

тельность, чем системы, занимавшие когда-то целые комнаты и потреблявшие огромное ко-

личество электроэнергии.

ха помню видел лампу применяемую в первых эвм умора в ней поместица столько планарных транзисторов сколько влезит в багажник лады десятки)))) рабочие на первых компьютерах хадили работать в ЭВМ они там от логического блока до другово на электро карах ездили))), современный транзистор- планарный не болльше игольного ушка а недавно свето диод видел 2мм.