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.