Коллекция рефератов

Информатика

Развитие элементной базы компьютеров

В 1883 г. Томас Альва Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью, ввел в ее вакуумный баллон платиновый электрод и положительное напряжение и выяснил, что в вакууме между электродом и нитью начинает протекать ток. Не найдя никакого объяснения столь необычному явлению, Эдисон ограничился тем, что подробно описал его, на всякий случай взял патент и отправил лампу на Филадельфийскую выставку. О ней в декабре 1884 г. в журнале «Инженеринг» была заметка «Явление в лампочке Эдисона».

Американский изобретатель не распознал открытия исключительной важности (по сути, это было его единственное фундаментальное открытие — термоэлектронная эмиссия). Он не понял, что его лампа накаливания с платиновым электродом по существу была первой в мире электронной лампой.

Первым, кому пришла в голову мысль о практическом использовании «эффекта Эдисона», был английский физик Дж. А. Флеминг (1849-1945 гг.). Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о «явлении» из первых уст — от самого Эдисона. Свой диод — двух-электродную лампу — Флеминг создал в 1904 г.

В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрел электронную лампу — усилитель, или аудион, как он ее тогда назвал, имевший третий электрод — сетку. Им был предложен принцип, на основе которого строились все дальнейшие электронные лампы, — управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других вспомогательных элементов.

В 1910 г. немецкие инженеры Либен, Рейне и Штраус сконструировали триод, сетка в котором выполнялась в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, а чтобы увеличить эмиссионный ток, они предложили покрыть нить накала слоем окиси бария или кальция.

В 1911 г. американский физик Ч. Д. Кулидж предложил применить в качестве покрытия вольфрамовой нити накала окись тория — оксидный катод — и получил вольфрамовую проволоку, которая осуществила переворот в ламповой промышленности.

В 1915 г. американский физик Ирвинг Ленгмюр сконструировал двухэлектронную лампу — кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной лампы в источниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпускать особый тип конструкции ламп — генераторные лампы с водяным охлаждением.

Идея лампы с двумя сотками — тетрода — была высказана в 1919 г. немецким физиком Вальтером Шоттки и независимо от него в 1923 г. — американцем Э. У. Халлом, а реализована эта идея англичанином X. Дж. Раундом во второй половине 20-х годов прошлого века.

В 1929 г. голландские ученые Г. Хольст и Б. Теллеген создали электронную лампу с 3-мя сетками - пентод. В 1932 г. был создан гептод, в 1933 г. — гексод и пентагрид, в 1935 г. появились лампы в металлических корпусах.. Дальнейшее развитие электронных ламп шло по пути улучшения их функциональных характеристик, по пути многофункционального использования.

В 1940—50-х годах компьютеры создавались на основе электронных ламп. Поэтому компьютеры были очень большими (они занимали огромные залы), дорогими и ненадежными, ведь электронные лампы, как и обычные лампочки, часто перегорают. Но в 1948 г. были изобретены транзисторы -миниатюрные и недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и повышению их надежности.

Первые компьютеры на основе транзисторов появились D конце 1950-х годов, а к середине 1960-х годов были созданы и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долл. (для сравнения — компьютеры 1940—50-х годов обычно стоили миллионы долл.).

После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Но в 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единице площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год, что и обеспечивает постоянное уменьшение стоимости компьютеров и повышение их быстродействия.

В середине 1960-х годов председатель Intel Gordon Moore вывел принцип, или закон, который остается верным уже больше трех десятилетий: количество транзисторов в каждом чипе кремниевой интегрированной микросхемы процессора удваивается каждые два года, и стоимость каждого чипа процессора уменьшается вдвое.

Процессор 8086, выпущенный в 1978 г., содержал 29 тыс. транзисторов, 80386 (1985 г.) - 275 тыс., Pentium (1993 г.) -3.1 млн, Pentium !!! (1999 г.) - 18 млн, a Pentium 4 (2001 г.) - 42 млн транзисторов.