От электронных ламп к транзисторам

От электронных ламп к транзисторам

Современный компьютер представляет собой набор электронных переключателей, которые используются как для представления информации в двоичном коде (в виде двоичных единиц — битов), так и для управления ее обработкой. Эти электронные переключатели могут находиться в двух состояниях — включено и выключено, что позволяет использовать их для хранения двоичной информации.

Электронно-вакуумные лампы

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 собираются на аноде. Сетка, расположенная в середине лампы, позволяет управлять потоком электронов. Когда на сетку подается ток отрицательного потенциала, электроны отталкиваются от сетки и притягиваются катодом; при подаче тока положительного потенциала электроны проходят через сетку и улавливаются анодом. Таким образом, изменяя значение потенциала сетки, можно моделировать состояние анода включено/выключено.

Транзисторы

Изобретение транзистора (или полупроводника) явилось одним из наиболее революционных событий эпохи персонального компьютера. 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 транзистора. В 1956 году эти ученые были удостоены Нобелевской премии в области физики. Транзистор, который, по сути, представляет собой твердотельный электронный переключатель, заменил громоздкую и неудобную вакуумную лампу. Поскольку потребляемая транзисторами мощность незначительна, построенные на их основе компьютеры имели гораздо меньшие размеры и отличались более высоким быстродействием и эффективностью.

Транзисторы состоят главным образом из кремния и германия, а также добавок определенного состава. Проводимость материала зависит от состава введенных примесей и может быть отрицательной, т. е. N-типа, или положительной, P-типа. Материал обоих типов является проводником, позволяющим электрическому току выбирать любое направление. Однако при соединении материалов разных типов возникает барьер, в результате чего электрический ток определенной полярности течет только в одном направлении. Именно поэтому такой материал называется полупроводником.

Для создания транзистора материалы P- и N-типа следует разместить "спиной друг к другу", т. е. поместить пластину одного типа между двумя пластинами другого типа. Если материал 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 отрицательного 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 является эквивалентом катода, а коллектор подобен аноду.

В июне 2001 года разработчики компании Intel представили наименьшие и при этом наиболее быстродействующие кремниевые транзисторы, величина которых достигает всего лишь 20 нанометров (1 нанометр равен 1 миллиардной части метра). Как ожидается, эти транзисторы впервые появятся в процессорах образца 2007 года, которые будут содержать около миллиарда транзисторов, работающих с тактовой частотой 20 ГГц! Для сравнения: по данным на 2001 год, процессор AMD Athlon XP содержит более 37,5 млн транзисторов, а Pentium 4 включает около 42 млн транзисторов.

Переход с вакуумных электронных ламп на транзисторы положил начало процессу миниатюризации, который продолжается и по сей день. . Современные модели портативных или карманных компьютеров, работающих на аккумуляторах, имеют более высокую производительность, чем системы, занимавшие когда-то целые комнаты и потреблявшие огромное количество электроэнергии.В 1982 году intel представила микропроцессор...

Использованы материалы сайта http://knigapc.ru/upgrade/265068/

Использованы рисунки сайта http://nikolaevich.opa.by/blog/239.html

Наверх