トランジスタとは何か、そしてそれがコンピューティングを永遠に変えた理由

要約

コンピューターは、数十年前には想像もできなかった複雑な数学的演算を行い、私たちの世界を革命的に変えました。すべてのコンピューターの中心には、トランジスタという革新的な発明があります。本記事では、トランジスタとは何か、どのように機能するか、そして現代のコンピューティングにおける役割について説明します。

コンピュータとは何か、どのように機能するか？

コンピュータは、数学的演算を行う機械です。初期のコンピュータは、手動の計算装置であり、後には機械部品を使用しました。しかし、それらがコンピューターであるのは、数字を表す方法と、それらを操作するためのシステムがあることです。

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、数字は電圧で表されます。ほとんどのこのようなコンピュータは、2つの可能な値、つまりバイナリ数字1と0で表される論理条件であるブール論理と呼ばれる数学を使用します。

これらの回路は、論理積、論理和、否定の3つの基本的な論理演算を実行します。回路は組み合わされて加算や減算などの複雑な演算を実行し、コンピュータプログラムはこれらの演算を電子的に実行するための命令で構成されています。

電子計算の進化

電子計算の進化は、第二次世界大戦中に、敵のメッセージを解読できる機械を設計した電気技師たちによって始まりました。これらの機械は、現代のデジタルコンピューターの前身でした。

有名な数学者で物理学者のジョン・フォン・ノイマンは、実用的で操作可能なコンピュータを作成する方法についての報告書を書き、現代のコンピュータデザインに影響を与えました。彼の報告書は、最初の電子コンピュータである「Electronic Numerical Integrator And Computer（ENIAC）」の基礎となりました。ENIACは30トンの重量があり、テニスコートの大きさで、扱いにくい真空管を使用してデータを処理していました。

真空管の問題

ENIACなどの初期の電子コンピュータは、真空管というデバイスを使用していました。真空管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つの電極で構成されています。陰極に電圧を加えると、それが加熱されて電子が放出されます。陽極がわずかに高い正のポテンシャルにある場合、電子はそれに引き寄せられ、回路が完了します。

電圧を陰極に変化させることによって、電流を制御することができます。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。陰極と陽極の間にあるこのワイヤースクリーンは、電子を通過させます。その電圧を変化させることで、陰極から放出される電子を反発または引き付けることができ、高速な電流切り替えを実現できます。

これらの進歩にもかかわらず、真空管は信頼性が低く、かさばりました。ENIACには18,000のトライオードがあり、テニスコートの大きさに近く、真空管は1日おきに故障し、1時間で1日分の15軒の家庭で使用される電力を消費しました。