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.
|
