Современные компьютеры
После появления UNIVAC темпы эволюции компьютеров заметно ускорились. В первом поколении компьютеров использовались вакуумные лампы, на смену которым пришли меньшие по размерам и более эффективные транзисторы.
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.
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.
К сожалению, вакуумная лампа в качестве переключателя оказалась малоэффективной. Она потребляла много электроэнергии и выделяла большое количество тепла — весьма существенная 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) 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.