현대 컴퓨터는 우리 삶에 혁명을 일으켰습니다.
고작 수십 년 전에는 상상도 못할 일들을 수행해주죠.
이것은 긴 일련의 혁신과 맞물려 가능해진 것입니다.
단, 거의 모든 것이 필요로 하는 기본 혁신이 하나 있죠.
트랜지스터입니다.
트랜지스터는 무엇일까요?
이 장치가 어떻게 컴퓨터가 할 수 있는 모든 엄청난 일들을 가능케 할까요?
사실 모든 컴퓨터는 단지 그 이름이 의미하는 바와 같죠.
수학적인 연산을 수행할 수 있는 기계입니다.
가장 초장기의 컴퓨터는 수동계산 장치인
주판과 같은 것이었죠.
그 이후의 컴퓨터는 기계부품을 사용했습니다.
숫자를 보여주고, 그 숫자를 조작할 수 있는
시스템이 컴퓨터인 셈이죠.
전자 컴퓨터도 같은 방식입니다.
단, 물리적 배열이 아닌
전기 전압으로 숫자를 표현합니다.
대부분의 컴퓨터는 불 연산이라는 수학 형태를 사용합니다.
불 연산에서 가능한 답은 두 개 뿐입니다.
논리조건인 참과 거짓이죠.
1과 0의 이진수로 표시합니다.
이 값들은 고전압과 저전압으로 표현합니다.
논리 게이트 회로를 통해 시행되는 방정식은
입력값이 특정 논리문을 만족하는지에 따라
1 또는 0의 출력값을 생성합니다.
이 회로들은 3개의 기본적인 논리 연산을 수행합니다.
논리곱, 논리합, 그리고 부정입니다.
논리곱은 두 개의 고전압 입력값을 받은 경우에만
"AND" 게이트가 고전압 출력값을 제공합니다.
다른 게이트의 원리도 유사합니다.
회로를 결합하여 덧셈과 뺄셈같은
복잡한 연산을 수행할 수 있습니다.
그리고 컴퓨터 프로그램은 이러한 연산을
전자적으로 수행하기 위한 명령문으로 구성되어 있습니다.
이러한 시스템은 신뢰할 수 있고 정확한
전류 조절 방법이 필요합니다.
에니악과 같은 초창기 전자 컴퓨터는
진공관이라는 장치를 사용했습니다.
초기 형태는 2극 진공관이며
이는 진공처리된 유리 용기안에 두 개의 전극으로 구성되어있습니다.
전압으로 음극을 달구면 전자를 방출합니다.
양극의 양전위가 약간 더 높으면
전자들은 양극으로 끌려가게되어
회로가 완성됩니다.
이 단일 방향 전류는
음극의 전압 변화로 조정할 수 있습니다.
보다 많거나 적은 양의 전자를 방출하게 만드는 거죠.
다음 단계는 3극 진공관입니다.
그리드라고 부르는 세 번째 전극을 사용합니다.
음극와 양극 사이의 와이어 스크린인데
전자는 그리드를 통과할 수 있습니다.
그리드의 전압을 조정하여
음극에서 방출된 전자를 밀어내거나 끌어당깁니다.
신속한 전류 변환이 가능한 것이죠.
3극 진공관은 신호 증폭 기능 덕에
라디오와 장거리 통신에도 매우 중요합니다.
이러한 장점에도 불구하고, 진공관은 불안정하고 부피가 컸습니다.
3극 진공관 18,000개는 거의 테니스장 크기에다가
30톤이나 나갑니다.
진공관은 이틀에 하나씩 망가졌고
한 시간 동안 15 가구의 하루치 전기를 소모했습니다.
트랜지스터가 해결책이었습니다.
전극 대신 반도체를 사용한 거죠.
실리콘에 다른 요소를 처리하면
전자를 방출하는 N 형과
전자를 흡수하는 P형을 만들 수 있습니다.
세 번 반복하여 배열하고
각각 터미널을 부착합니다.
이미터, 베이스, 그리고 컬렉터 입니다.
이 것이 전형적인 NPN 트랜지스터입니다.
P-N 인터페이스의 특정 현상으로 인해
P-N 접합이라 불리는 특별한 부분이 이미터와 베이스 사이에서 형성됩니다.
전압이 특정 기준치 이상일 때만 전기를 전도합니다.
그 외에는, 꺼진 상태입니다.
이러한 방식으로, 입력 전압의 작은 변동이
출력 고전류와 저전류 사이의 빠른 전환에 사용됩니다.
트렌지스터는 효율적이고 소형인 것이죠.
열이 필요없기 때문에, 더 오래가고 전력을 덜 사용합니다.
손톱 크기의 마이크로 칩 하나가 이제는 에니악의 기능을 능가합니다.
칩은 수십억 개의 트랜지스터가 들어있습니다.
매 초마다 수조의 계산을 하는
오늘날의 컴퓨터가 기적처럼 보일 수도 있지만
그 안의 각각의 연산은 스위치를 딸깍 끄는만큼
여전히 단순합니다.