UNIVAC

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.


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 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 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 суще

ственная 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 революцион

ных 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 транзи

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

стор, который, по сути, представляет собой твердотельный электронный переключатель, заме

нил громоздкую и неудобную вакуумную лампу. Поскольку потребляемая транзисторами мощ

ность 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 опреде

ленного 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 матери

ал называется полупроводником.

Для создания транзистора материалы P и N типа следует разместить "спиной друг к дру

гу", т.е. поместить пластину одного типа между двумя пластинами другого типа. Если матери

ал 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 отрицательно

го 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, 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, используемый в качестве переключате

ля, обладает гораздо большей эффективностью, причем его размеры могут быть поистине

микроскопическими. В июне 2001 года разработчики компании Intel представили наимень

шие 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 произво

дительность, чем системы, занимавшие когда то целые комнаты и потреблявшие огромное

количество электроэнергии.

Хотя вакуумные лампы были вытеснены транзисторами и интегральными схемами, они

все же остаются популярными в сфере высококачественного аудиооборудования, так как по

зволяют достичь более чистого и ясного звучания, чем транзисторы. Поскольку персональные

компьютеры все чаще используются для обработки и воспроизведения звука, компания

AOpen (подразделение Acer) представила системную плату (AX4B 533 Tube) со сдвоенной

вакуумной лампой и специальной архитектурой, уменьшающей генерацию помех. Использо

вание этой системной платы позволяет достичь великолепных результатов при воспроизве

дении музыкальных композиций.

Мюллер С. Модернизации Ремонт ПК

Please publish modules in offcanvas position.