کامپیوتر مبتنی بر ترانزیستور

چکیده مقاله

کامپیوتر دیجیتال نسل دوم مبتنی بر ترانزیستور نیز در اواخر دهه 1950 عرضه شد.

به جای استفاده از لوله های خلاء، این کامپیوترها از ترانزیستورهایی استفاده می کرد که در سال 1947 توسط شاکلی، باردین و براتاین در آزمایشگاه های AT&T’s Bell اختراع شده بودند.

این اختراع توانست جایزه نوبل سال 1956 فیزیک را از آن خود کند و این سه دانشمند، مشاهده کردند که سیگنال الکتریکی با تماس دو کنتاکت به یک کریستال ایجاد می‌شود.

در سال 1951، شاکلی و تیم وی نیز یک ترانزیستو اتصالی ایجاد کردند که از ویژگی‌های داخلی نیمه رساناها به جای اثرات سطحی استفاده می‌کرد.

شاکلی یک نیمه رسانای سیلیکونی دارای ناخالصی (از جمله آرسنیک یا برن) را مورد استفاده قرار داد که باعث ایجاد الکترون‌های آزاد برای تولید یک بار منفی گردید یا الکترون‌هایی را از شبکه نیمه رسانا برای ایجاد گودال‌هایی با بار مثبت می ربود.

در پی اتصال به یکدیگر، الکترون‌های دارای بار منفی و گودال‌های دارای بار مثبت به سمت محل اتصال حرکت کرده و با یکدیگر برخورد کرده و سایر موارد جایگزین آنها شده و در نتیجه جریانی در یک جهت ایجاد می‌شد.

چیپ‌های ترانزیستور کامپیوتری در سال 1959 اختراع شدند. کیلبی (Kilby) در Texas Instruments و نویس (Noyce) در Fairchild Semiconductor به طور مستقل توانستند از کریتسال داخل ترانزیستور به عنوان برد مدار استفاده کنند.

دستگاه کیلبی نیاز داشت تا اجزای مدار به طور دستی در کنار یکدیگر قرار بگیرند. گروه نویس (Noyce) اجزای مدار (مقاومت، خازن، ترانزیستور و مسیرهای رسانای بی سیم) را بر روی یک سطح صاف سیلیکونی قرار دادند.

در نتیجه، آنها توانستند اولین مدار کوچک را بر روی یک چیپست ایجاد کنند.

ویژگی کامپیوترهای مبتنی بر ترانزیستور

کامپیوترهای مبتنی بر ترانزیستور عملکردی مشابه به کامپیوترهای مبتنی بر لوله خلاء داشتند، اما بسیار کوچکتر بوده، به انرژی کمتری نیاز داشته و اتکاپذیری بیشتری داشتند.

در سال 1959، IBM بازاریابی اولین کامپیوتری ترانزیستوری خود با نام IBM 7090 را آغاز کرد که حافظه آن برابر 32768 کلمه بود و طول هر یک از کلمات نیز به 36 بیت افزایش داده شده بود، این در حالی بود که پیشتر، طول کلمات برابر 16 بیت بود.

این مدل از یک نوار مغناطیسی به عنوان حافظه ثانویه استفاده می‌کرد.

اواخر دهه 1950، IBM در حدود سه چهارم بازار کامپیوتر ایالات متحده خود را به خود اختصاص داده بود.

فریدل (Friedel) اعلام کرد که در مدت یک دهه، ترانزیستورها در صدها دستگاه از جمله تلفن‌، رادیو، سمعک، ماشین حساب‌های جیبی و کامپیوترهای جیبی به کار برده شدند.

در سال 1961، Fairchild and Texas Instruments چیپ‌های منطقی را معرفی کردند که علاوه بر تابع ریاضی AND، قادر به انجام عملیات OR و NOR (نه یا) بود.

با استفاده از چیپ‌های منطقی به عنوان گیت به روش‌های مختلف، مهندسان توانستند قدرتی را در اختیار کامپیوترها قرار دهند تا از فرایند تصمیم‌گیری پشتیبانی کنند.

اختراع چیپ کامپیوتری با مدارهای داخلی باعث بروز تغییرات دراماتیک در کامپیوترها گردید و احتمالا مهم‌ترین رویدادی بود که درعصر اطلاعات رخ داد.

این نسل از کامپیوترها در سال 1963 به صورت مدارهای منسجم حالت جامد متشکل از صدها ترانزیستور، دیود و مقاومت بر روی یک یا چند چیپ سیلیکونی ریز طی فرایندی به نام LSI (large scale integration) رونمایی شدند. کامپیوترها بار دیگر کوچکتر و قابل اعتمادتر شدند و به قدرت کمتری نیاز داشتند.

ساخت مدارهای کامیپوتر به فرایندی همانند چاپ تبدیل شد و دیگر یک فرایند مونتاژ سنتی نبود، زیرا سازندگان چیپ همانند حکاکان عکس با ماسک و مواد شیمیایی حساس به نور کار کرده و بر روی لایه‌های سیلیکونی حکاکی می‌کردند.

در سال 1964، IBM کامپیوترهای سری system/360 را معرفی کرد که مجموعه‌ای از کامپیوترهای نسل سوم بودند که همگی از سیستم عامل OS/360 استفاده می‌کردند که امکان پردازش داده برای دستگاه‌های کوچک و همچنین دستگاه‌های بزرگ بدون نیاز به بازنویسی برنامه‌های ضروری را فراهم می‌آورد.

کامیپوتر سری 360 IBM با ساختار شبکه سیستم‌ها (SNA) Systems Network Architecture، صنعت را به سمت محاسبه تجاری مدرن هدایت کرد و اساس توسعه چشمگیر IBM شد.

در اوایل دهه 1970، IBM سری 360 را با system/370 جایگزین کرد که در آن فقط از چیپ‌های مدار استفاده شده بود.

کامپیوترهای نسل چهارم

کامپیوترهای نسل چهارم در اواخر دهه 1960 عرضه شده و از VSLI (very large scale integration) بهره‌مند شده بودند که حاوی هزاران قطعه بر روی چیپ‌های بسیار ریز بودند و باعث افزایش قابل توجه عملکرد با هزینه کم گردید. در اوایل دهه 1980، یک قطعه سیلیکونی به اندازه یک چهارم اینچ می‌توانست یک میلیون قطعه الکترونیکی را در خود جای دهد و این تعداد ده برابر بزرگتر از ENIAC با وزن 30 تن و 30000 برابر ارزان‌تر بود. این کامپیوتر از برق روشنایی یک لامپ اتاق خواب به جای برق موردنیاز برای صدها لامپ استفاده می‌کرد و برخی از مدل‌ها قادر بودند که محاسباتی 200 برابر بیشتر از ENIAC در هر ثانیه انجام دهند.

قسمت اول این مقاله را در اینجا بخوانید.