Modern bilgisayarlar, yalnızca
on yıllar önce hayal edilemeyen
işlemleri gerçekleştirerek
hayatlarımızı kökünden değiştiriyor.
Bu, uzun bir dizi yenilik
tarafından mümkün kılındı
fakat neredeyse diğer her
şeyin bel bağladığı
kurucu niteliğinde bir buluş var:
Transistör.
Peki bu nedir
ve böyle bir cihaz
bilgisayarların yapabildiği
tüm inanılmaz şeylere
nasıl olanak sağlar?
Bütün bilgisayarlar özünde,
adından da anlaşıldığı gibidir,
matematiksel işlemler yapan makineler.
İlk bilgisayarlar,
sonrakilerin mekanik parçalar
kullanmasının aksine, abaküs gibi
el ile çalışan sayma aletleriydi.
Onları bilgisayar yapan,
sayıları temsil etmek için bir yönteme
ve onları değiştirmek için
bir sisteme sahip olmalarıydı.
Elektronik bilgisayarlar da
aynı şekilde çalışır
fakat fiziksel düzenlemeler yerine
sayılar elektrik gerilimleri
tarafından temsil edilir.
Çoğu bilgisayar, Boolean mantığı
denilen bir matematik sınıfını kullanır,
bu sınıf sadece
iki muhtemel değere sahiptir,
bu değerlerin mantıksal sonuçları
doğru ve yanlıştır
ve bir ve sıfır
ikili sayılarıyla gösterilirler.
Yüksek ve alçak gerilimler
tarafından temsil edilirler.
Denklemler, girdilerin belirli
bir mantıksal duruma uyup
uymamasına dayalı olarak,
bir ve sıfır çıktısı veren
mantıksal geçit devreleriyle yapılır.
Bu devreler, üç ana
mantıksal işlem gerçekleştirir:
Birletim, ayırtım ve olumsuzlama.
Birletimin çalışma şekli,
sadece iki yüksek gerilim girişi alırsa
yüksek gerilim çıkışı sağlayan
bir "ve geçidi"dir
ve diğer geçitler de benzer
kurallarla çalışır.
Devreler, toplama ve çıkarma gibi
karmaşık işlemleri
gerçekleştirmek için birleştirilebilir.
Ve bilgisayar programları,
bu işlemleri elektronik olarak
gerçekleştirmek için yönergelerden oluşur.
Bu tür sistem, elektrik akımını
kontrol etmek için
güvenilir ve hatasız
bir yönteme ihtiyaç duyar.
ENIAC gibi ilk elektronik bilgisayarlar
vakum tüpü denilen bir cihaz kullanıyordu.
Diyot olan ilk hâli,
vakumlanmış bir cam şişedeki
iki elektrottan oluşuyordu.
Eksi uca gerilim vermek onu ısıtır
ve elektronları yayar.
Eğer artı uç, biraz daha yüksek
pozitif bir gerilimdeyse,
elektronlar devreyi tamamlayarak
artı uca çekilir.
Bu tek yönlü akım debisi,
daha fazla veya daha az elektron
yayan eksi uca giden gerilimi değiştirerek
kontrol edilebiliyordu.
Sonraki devre, şebeke denilen
üçüncü bir elektrot kullanan triyottu.
Bu, elektronların geçebildiği
artı ve eksi uç
arasındaki bir tel eleği.
Gerilimini değiştirmek
onu iter veya eksi uç tarafından
yayılan ve böylece hızlı
akım değişimini mümkün kılan
elektronları çeker.
Sinyalleri güçlendirme becerisi
triyotu, radyo ve
şehirlerarası iletişim için de
çok önemli hâle getirdi.
Ancak bu gelişmelere rağmen,
vakum tüpleri güvenilmezdi ve
fazla yer işgal ediyordu.
18 bin triyotla birlikte, ENIAC
neredeyse bir tenis sahası
büyüklüğündeydi ve 30 ton ağırlığındaydı.
Tüpler her geçen gün
başarısızlıkla sonuçlandı ve bir saatte,
15 evin bir günde kullandığı
kadar elektrik tüketiyordu.
Çözüm transistördü.
Elektrotların yerine, elektron yayan
bir N-tipi ve elektron emen bir
P-tipi oluşturmak için farklı
elementlere sahip işlenmiş silikon
gibi bir yarı iletken kullanır.
Bunlar her birinde bir bağlantı ucu ile
üç alternatif katmanda dizilir.
Yayıcı, kök ve toplayıcı.
Bu tipik NPN transistöründe,
P-N arayüzündeki bazı olaylardan
dolayı yayıcı ve kök arasında
P-N kesişim noktası denilen
özel bir bölge oluşur.
Sadece gerilim,
uygulanan belirli bir eşiği
aştığında elektriği iletir.
Aksi takdirde, kapalı olarak kalır.
Bu şekilde, giriş gerilimindeki
küçük değişimler,
yüksek ve alçak çıkışlı akımlar arasında
hızlıca değiştirmek için kullanılabilir.
Transistörün yararı, verimliliğinde
ve küçüklüğünde saklıdır.
Çünkü ısınmaları gerekmez, daha
dayanıklıdırlar ve daha az güç tüketirler.
ENIAC'ın işlevselliği, günümüzde
milyarlarca transistörü olan
tırnak kadar bir mikroçiple
geride bırakılabilir.
Saniyede trilyonlarca hesaplamayla
günümüz bilgisayarları mucizeler
yaratıyor gibi görünebilirler,
fakat hepsinin altında,
her ayrı bir işlem hâlâ
bir düğmeye basmak kadar basit.