トランジスタとは何か、そしてそれがコンピュータを革命化した方法

概要

この記事では、トランジスタの基本的な発明と、コンピュータができる素晴らしいことを可能にする方法について探求します。コンピュータの仕組み、電子コンピュータの歴史、そして真空管の制限について説明します。次に、トランジスタを紹介し、その動作原理、真空管に対する利点、そして現代のマイクロチップの開発につながった方法を説明します。

コンピュータの仕組み

すべてのコンピュータは、数学的な演算を行う機械です。数値を表し、入力に基づいて出力を生成する論理ゲートのシステムを使用して、それらを操作します。

電子コンピュータの歴史

最初のコンピュータは、そろばんのような手動の計算機でした。後には機械部品を使用するものがありました。電子コンピュータは同じように機能しますが、物理的な配置の代わりに、数値は電圧で表されます。ほとんどの電子コンピュータは、2つの可能な値である真と偽を持つブール論理を使用しており、バイナリ数字1と0で表されます。

真空管の制限

ENIACのような初期の電子コンピュータは、真空管と呼ばれるデバイスを使用しました。その初期の形態であるダイオードは、真空ガラス容器内の2つの電極から構成されていました。次の段階は、グリッドと呼ばれる第3の電極を使用するトライオードでした。これらの進歩にもかかわらず、真空管は信頼性が低く、かさばるものでした。

トランジスタの紹介

真空管の制限に対する解決策は、トランジスタでした。電極の代わりに、シリコンなどの半導体を使用し、異なる元素で処理して、電子を放出するn型と電子を吸収するp型を作り出します。これらは、エミッタ、ベース、コレクタの各端子で交互に配置されます。

トランジスタの動作原理

この典型的なNPNトランジスタでは、PN界面で特定の現象が起こるため、エミッタとベースの間にPN接合と呼ばれる特別な領域が形成されます。一定のしきい値を超える電圧が印加された場合にのみ電気を伝導します。それ以外の場合は、スイッチがオフになります。このように、入力電圧の小さな変動を使用して、高出力電流と低出力電流の間を素早く切り替えることができます。

トランジスタの利点

トランジスタの利点は、効率性とコンパクトさにあります。加熱が必要ないため、より耐久性があり、より少ない電力を使用します。PNEACの機能は、今では数十億のトランジスタを含む1つの爪の先ほどのマイクロチップによって超えられることができます。

結論

トランジスタは、コンピュータを革命化し、秒間数兆回の計算を実行できる現代のマイクロチップの開発を可能にしました。コンピュータは奇跡のように見えるかもしれませんが、各個別の操作はスイッチの切り替えと同じくらい単純です。トランジスタにより、コンピュータはこれまで以上に小型、高速、信頼性が高くなりました。