Содержание
«Привет, объясните пожалуйста принцип работы транзисторов в процессоре?» — Яндекс Кью
Популярное
Сообщества
КомпьютерыПроцессоры+2
·
3,6 K
ОтветитьУточнить
Световые Технологии
129
Крупнейший производитель и поставщик современных энергоэффективных светотехнических… · 29 июн 2020 · ltcompany.com
Отвечает
Пётр Дмитриев
Привет. Транзисторы составляют основу элементной базы процессора и выполняют в нем функцию управляемых ключей. Процессор «думает» в двоичной системе и понимает только сигналы «0» и «1». «1» — есть сигнал, ключ-транзистор включен.»0″ нет сигнала, ключ-транзистор выключен. Собрав транзисторы в цепочку можно реализовывать логику: «И», «ИЛИ», «Не» и тд. Логические цепочки собирают в логические схемы и тд. Транзистор ключевой элемент, определяющий характеристик процессора. Скорость и энергоэффективность процессора определяется способностью транзистора быстро переключаться из одного состояние в другое и не потреблять много энергии.
Комментировать ответ…Комментировать…
+Альянс
316
Цифровая трансформация. Улучшаем бизнес-процессы компаний разного масштаба. Внедряем… · 23 июн 2020 · plus-aliance.ru
Отвечает
Катерина
Сейчас расскажу как все было))
1. С чего все началось
Первые процессоры были абсолютно не похожи на то, что вы можете видеть, приоткрыв крышку системного блока вашего ПК.
Вместо микросхем в 40-е годы XX века использовались электромеханические реле, дополненные вакуумными лампами. Лампы выполняли роль диода, регулировать состояние которого можно было за счет понижения. .. Читать далее
Сложные технологии — просто и на благо бизнеса
Перейти на plus-aliance.ru
1 эксперт согласен
Адам Арутюнов
подтверждает
27 декабря 2020
Хорошо, но, кажется, вы ушли в сторону, а задающий вопрос хотел узнать про принцип работы самого транзистора… Читать дальше
Комментировать ответ…Комментировать…
Вейв Корп
5
Произвожу аудиоаппаратуру. Акустические системы. Корпуса акустических систем. · 25 мар 2021 · wavecorp.ru
Отвечает
Николай Epimakhov
Единичный транзистор в структуре процессора не работает как отдельная единица. Работают связки транзисторов, образующие те или иные логические элементы. Такие как: и, или, не, сложение, сравнение, вычитание и так далее. .. И вот эти сборки транзисторов и составляются в более сложные комбинации в разных вариантах последовательности и параллельности.
Комментировать ответ…Комментировать…
Вы знаете ответ на этот вопрос?
Поделитесь своим опытом и знаниями
Войти и ответить на вопрос
От песка к компьютеру. Часть 1. Атомы и транзисторы / Хабр
Все мы еще с уроков информатики знаем, что информация внутри компьютера передаётся при помощи нулей и единиц, но оказалось, что большинство айтишников, с которыми я общаюсь (и довольно хороших!) слабо представляют, как же, все-таки, устроен компьютер.
Как заставить песок делать то, чего мы от него хотим?
Для большинства людей познания устройства компьютера оканчиваются на уровне его составных элементов — процессор, видеокарта, оперативная память… Но что именно происходит внутри этих чёрных прямоугольничков после подачи питания — магия. В этой статье (скорей всего, даже серии статей) я постараюсь простым языком объяснить, как же устроены эти таинственные прямоугольнички.
Собираем компьютер из атомов
Путь познания мы начнем почти с самого низкого уровня абстракции — с уровня атомов. Все мы знаем, что почти вся электроника основана на кремнии, но почему же именно кремний?
По-хорошему нужно пройти полный курс полупроводниковых приборов, но я изложу принципиальные моменты, которые позволят увидеть более структурированную и ясную картину происходящего.
Орбитали и энергетические уровни
Для примера возьмем простейший атом — водород. Ядро водорода состоит из одного протона и он имеет всего один электрон, который (упростим для понятности изложения) вращается по круговой орбите.
Вернее будет сказать, что орбита не круговая, а сферическая, то есть, электрон создает вокруг ядра оболочку. Согласно Принципу Паули, по одной такой орбите в атоме может вращаться не более двух электронов. Орбитали бывают не только сферической формы (так называемые S-орбитали), но и, например, гантелеобразной формы (P-орбитали).
Орбитали образуют подуровни: например, две S-орбитали образуют S-подуровень, который может вместить два электрона; три P-орбитали образуют P-подуровень, он уже может уместить 6 электронов за счет взаимно перпендикулярного расположения орбиталей в пространстве. На подуровнях орбиталей более сложной формы можно разместить уже большее число электронов (D, F, G, H, I — подуровни вмещают соответственно 10, 14, 18, 22, 26 электронов).
Чем сложнее форма оболочки и чем дальше электрон от ядра, тем большую он имеет энергию. На картинке справа изображён пример энергетических уровней, которые может занимать электрон в отдельном атоме.
Последние два слова выделены не просто так: когда появляются соседние атомы, картина меняется. Например, если мы начнем сближать два атома водорода, то система, как известно, будет стремиться к минимуму энергии. Поэтому для объединения двух отдельных атомов водорода в молекулу h3 это должно быть энергетически выгодно!
И, действительно, энергетические уровни электронов каждого атома расщепляются, образуя два подуровня — верхний и нижний, которые становятся общими для теперь уже молекулы водорода. Как можно заметить, нижний подуровень обладает меньшей энергией, чем в отдельном атоме водорода, поэтому электроны его занимают и образуют молекулу, стягивая ядра, словно ремнями.
Атомы в кристалле
Если продолжать увеличивать число соседних атомов, то внутри крайних значений энергии расщеплённых уровней у двух соседних атомов появятся новые энергетические состояния (в виде дополнительной тонкой структуры). При достаточно большом количестве соседних атомов (то есть в кристалле вещества) дискретные разрешенные состояния сливаются в «полосы» — это знакомые многим валентная зона, зона проводимости и запрещенная зона.
Носители заряда и проводимость
Электроны, имеющие энергию в валентной зоне, не участвуют в переносе заряда по кристаллу: они прочно «сидят» в связях, а для того, чтобы электрон мог перемещаться по кристаллу, ему нужно занять более высокий энергетический уровень. Это можно сделать, сообщив ему энергию, превышающую ширину запрещенной зоны. При этом разрывается ковалентная связь, и в валентной зоне остается вакантное место — положительно заряженная «дырка».
Кремнию достаточно комнатной температуры, чтобы тепловые колебания кристалла разрывали ковалентные связи, образуя свободные носители заряда — дырки и электроны.
Полупроводники и диэлектрики
Характерные значения ширины запрещённой зоны в полупроводниках составляют 0,1—4 эВ. Кристаллы с шириной запрещённой зоны более 4 эВ обычно относят к диэлектрикам.
Полупроводники p- и n-типа
Все это увлекательно, но было бы достаточно бесполезно без легирования примесями.
Если атом кристаллической решетки четырехвалентного кремния или германия заместить пятивалентным атомом элемента V группы таблицы Менделеева, то четыре валентных электрона примесного атома будут задействованы в формировании ковалентных связей. Пятый электрон не участвует в формировании ковалентных связей, он слабо связан с ядром и поэтому легко может перейти в зону проводимости и стать свободным носителем заряда, оставляя при этом неподвижный, положительно заряженный ион. Такая примесь называется донорной, а получившийся полупроводник — полупроводником n-типа (negative).
Если же атом кристаллической решетки четырехвалентного кремния или германия заменить трехвалентным элементом, он сможет образовать лишь 3 из 4 ковалентных связей в решетке, так как для образования четвертой ему потребуется электрон из другой ковалентной связи. В такой комбинации образуется вакантное место — подвижная положительно заряженная дырка, и при этом остается неподвижный отрицательно заряженный ион примеси. Такая примесь называется акцепторной, а получившийся полупроводник — полупроводником p-типа (positive).
Обращаю внимание, что собственный полупроводник, полупроводник n-типа или p-типа являются электрически нейтральными и имеют равное количество положительных и отрицательных зарядов. Разница лишь в том, что у легированных полупроводников «зеркальные» электронам и дыркам заряды — это неподвижные ионы примеси, прочно сидящие в кристаллической решетке. В нелегированном полупроводнике количество свободных электронов равно количеству дырок, в легированном же (например, донорном) количество электронов превышает количество дырок, так как большая часть из них заменена на неподвижные ионы примеси.
Диод
Если соединить теперь полупроводник n-типа с полупроводником p-типа, мы получим диод. Кстати, реальный диод имеет мало общего с его схематичным изображением, но это уже другая история.
Рассмотрим, что же происходит на границе полупроводников. В n-полупроводнике высокая концентрация электронов, а в p-полупроводнике — низкая. Электроны, подобно газу, начнут перемещаться (диффундировать) из области с высокой концентрацией в область с более низкой.
Аналогично будут поступать и дырки из p-полупроводника.
Вследствие перемещений возникает диффузионный ток, обусловленный градиентом концентрации носителей заряда. Переходя через границу, подвижные носители заряда обнажают неподвижные ионы примеси, которые создают «останавливающее», противоположно направленное поле или, иначе, компенсирующий дрейфовый ток.
В отсутствие внешнего поля эти токи уравновешивают друг друга. Если внешнее поле приложено по направлению, оно компенсирует поле неподвижных ионов и открывает заслонку для диффузионного тока.
Если поле приложено в противоположном направлении, оно усиливает лишь дрейфовый ток, ничтожно малый, по сравнению с диффузионным.
Таким образом мы получаем элемент, который проводит ток в одну сторону и не проводит в другую.
Резисторно-диодная логика
Раз уж мы говорим о цифровой технике, отметим, что при помощи диода уже можно реализовать логические элементы И и ИЛИ:
Но для создания функционально полной системы логических функций, на основе которой можно получить любую логическую функцию, нам не обойтись без элемента НЕ.
Для создания этого элемента нам потребуется транзистор.
Транзистор
По сути, транзистор — это схема из двух диодов, включенных встречно. В отсутствие напряжения на среднем электроде (базе) ток между другими электродами не течет.
Создав разность потенциалов между эмиттером (электродом с повышенной концентрацией носителей заряда) и тонкой базой, мы создаем поток неосновных носителей заряда из эмиттера в базу, а в случае pnp-транзистора — дырки.
Так как концентрация дырок в эмиттере повышена, а база тонкая, ее объем заполняется дырками, и она превращается из полупроводника n-типа в полупроводник p-типа, соединяя между собой эмиттер и коллектор.
Инвертор
Подключив npn-транзистор следующим образом, мы получаем инвертор: при наличии лог 1 на базе транзистор открывается и соединяет выход с землей — лог 0. При лог 0 на базе — транзистор заперт и выход подтянут к питанию — лог 1.
Таким образом мы получаем управляемый напряжением электронный ключ, который позволяет создать логический элемент НЕ, а, следовательно, и функционально полную систему логических функций.
На этой ноте заканчиваем с физикой, электронами и дырками: мы имеем всё необходимое для создания вычислительного устройства.
Как заставить логические элементы что-либо вычислять, запоминать и выполнять инструкции — в следующей статье.
Черная пятница 2017 — VDS в Москве и Амстердаме
От транзисторов к микропроцессорам | 101 Вычисления
Опубликовано администратором
Posted in A Level Concepts, Computer Science, Computing Concepts
Вакуумные лампы — предшественники транзисторов
Вакуумные лампы и транзисторы:
Многие считают транзистор одним из самых важных изобретений всех времен.
Хотя предшественники транзистора были изобретены в 1907 году (в то время они еще не были транзисторами, они были электронных ламп , называемых клапанами), вскоре они были заменены более мелкими компонентами, называемыми транзисторами . Они по-прежнему являются ключевыми компонентами современных компьютеров.
Так что же такое транзистор?
Транзистор представляет собой электронный компонент с тремя контактами. По сути, транзистор представляет собой переключатель (между двумя контактами: коллектор и эмиттер ), который управляется небольшим током на третьем контакте, называемом 9.0014 база .
Используйте флажки под этим транзистором, чтобы понять, как подача напряжения на базу транзистора эквивалентна включению ключа.
Транзистор действует как переключатель, приводимый в действие подачей небольшого тока на базу.
Транзисторы бывают разных форм и размеров
Логические вентили?
Логические вентили состоят из транзисторов. Они позволяют применять логику к малым токам, которые либо включаются, либо выключаются, и представляют собой двоичная информация внутри компьютера . Компьютеры создаются путем объединения логических вентилей.
Используйте вкладки ниже, чтобы увидеть, как некоторые ключевые логические элементы построены с использованием транзисторов:
И GateOR GATENOT GATENAND GATE
Интегральные схемы?
Интегральная схема (также называемая чипом или микрочипом) представляет собой набор электронных схем на одном маленьком плоском элементе (или «чипе») полупроводникового материала, обычно кремния. Интеграция большого количества крошечных транзисторов в небольшой чип приводит к тому, что схемы меньше, дешевле и быстрее, чем схемы, состоящие из дискретных электронных компонентов.
Интегральная схема 7408: счетверенный вентиль И с двумя входами
Более сложные интегральные схемы включают двоичные сумматоры ( полусумматор , полный сумматор , используемый для выполнения двоичного сложения) и триггерные схемы , используемые для реализации энергозависимой памяти .
Список интегральных схем серии 7400:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_7400_series_integrated_circuits
Микропроцессоры?
Микропроцессор — это компьютерный процессор, который включает в себя функции центрального процессора компьютера (ЦП) на одна интегральная схема (или максимум несколько интегральных схем). Микропроцессор представляет собой многоцелевую, управляемую часами, основанную на регистрах, цифровую интегральную схему, которая принимает двоичные данные в качестве входных данных, обрабатывает их в соответствии с инструкциями, хранящимися в его памяти, и предоставляет результаты в качестве выходных данных.
Микропроцессор – компьютерный процессор, который объединяет функции центрального процессора компьютера (ЦП) на одной интегральной схеме
5 поколений компьютеров
Используемые компьютеры 1-го поколения Лампы
Компьютеры 1-го поколения: Лампы
Еще в 1950-х годах компьютеры состояли из электронных ламп, из которых назывались вентилями (предшественники транзисторов). Эти лампы были довольно громоздкими, как электрические лампочки, и производили много тепла. Установки часто взрывались.
В качестве устройств ввода и вывода использовались перфокарты, бумажная лента и магнитная лента . Компьютеры 1-го поколения были запрограммированы с использованием машинный код .
Компьютеры 1-го поколения были очень дорогими, и только крупные организации могли их себе позволить.
Используемые компьютеры 2-го поколения Транзисторы
Компьютеры 2-го поколения: Транзисторы
В начале 1960-х годов компьютеры 2-го поколения использовали транзисторов для замены электронных ламп компьютеров 1-го поколения. Поэтому компьютеры 2-го поколения были дешевле, потребляли меньше энергии и были более компактными. Они также были более надежными и быстрыми. Для создания более сложных компьютеров можно было бы использовать больше транзисторов.
Магнитная лента и магнитные диски использовались в качестве вторичных запоминающих устройств, а перфоленты использовались до сих пор.
Компьютеры 2-го поколения были запрограммированы с использованием языка ассемблера и языков программирования высокого уровня , таких как FORTRAN или COBOL.
В компьютерах третьего поколения использовались интегральные схемы.
Компьютеры третьего поколения: интегральные схемы
Во второй половине 1960-х годов было выпущено интегральных схем9.0015 использовались компьютерами третьего поколения. Интегральная схема состоит из множества транзисторов, резисторов и конденсаторов, а также связанных с ними схем. Эта разработка сделала компьютеры меньше по размеру, более надежными и эффективными.
Компьютеры 3-го поколения были запрограммированы с использованием языков высокого уровня (FORTRAN, COBOL, PASCAL, BASIC, ALGOL-68 и т.д.).
Atari 7800 — материнская плата
В компьютерах 4-го и 5-го поколения используются микропроцессорные микросхемы.
Компьютеры 4-го поколения: микропроцессоры
В 1970-х годах в компьютерах 4-го поколения использовались схемы сверхбольшой интегральной схемы (СБИС). Схемы СБИС, содержащие около 5000 транзисторов на одном кристалле, называемом микропроцессором .
Компьютеры четвертого поколения стали более мощными, компактными, надежными и доступными. Они начали революцию в области персональных компьютеров (ПК).
Компьютеры 5-го поколения: сегодня
Период пятого поколения 19 лет.80-наст. В пятом поколении технология VLSI стала технологией ULSI (Ultra Large Scale Integration), что привело к производству микропроцессорных микросхем с десятью миллионами электронных компонентов.
Закон Мура
Скорость увеличения количества транзисторов обычно соответствует закону Мура, согласно которому количество транзисторов удваивается примерно каждые два года . По состоянию на 2016 год наибольшее количество транзисторов в коммерчески доступных однокристальных процессорах превышало 7,2 миллиарда.
Транзисторный компьютер | Компьютер Wiki
Транзисторный компьютер — это компьютер, в котором вместо вакуумных ламп используются дискретные транзисторы. Электронные компьютеры «первого поколения» использовали электронные лампы, которые выделяли большое количество тепла, были громоздкими и ненадежными. «Второе поколение» компьютеров конца 1950-х и 1960-х годов представляло собой платы, заполненные отдельными транзисторами и ядрами магнитной памяти (см. Историю вычислительного оборудования). Эти машины оставались основной конструкцией до конца 19 века.60-е годы, когда начали появляться интегральные схемы, что привело к появлению машин «третьего поколения».
Содержимое
- 1 Первый транзисторный компьютер
- 2 Другие ранние машины
- 3 Первый компьютер с хранимой в памяти программой на транзисторах
- 4 Школы и любители
- 5 См. также
- 6 Каталожные номера
- 7 Внешние ссылки
Первый транзисторный компьютер[]
Экспериментальный транзисторный компьютер Манчестерского университета был впервые введен в эксплуатацию 19 ноября.53, и широко распространено мнение, что это первый транзисторный компьютер, который начал работать где-либо в мире. Было две версии Транзисторного Компьютера: прототип, введенный в эксплуатацию в 1953 году, и полноразмерная версия, введенная в эксплуатацию в апреле 1955 года. Машина 1953 года имела 92 точечных транзистора и 550 диодов, произведенных STC. У него было 48-битное машинное слово. [1] Машина 1955 года имела в общей сложности 200 точечных транзисторов и 1300 точечных диодов, [1] , что приводило к потребляемой мощности 150 Вт. Были серьезные проблемы с надежностью первых партий транзисторов и средней безошибочной работой за 19 лет.55 было всего 1,5 часа. Компьютер также использовал небольшое количество ламп в своем тактовом генераторе, так что это был не первый полностью транзисторный компьютер . [2]
Конструкция полноразмерного транзисторного компьютера была впоследствии принята манчестерской фирмой Metropolitan-Vickers, которая заменила все схемы на более надежные типы переходных транзисторов. [1] Серийная версия была известна как Metrovick 950 и производилась с 1956 года в количестве шести [1] или семь машин, [3] , которые «использовались в коммерческих целях внутри компании» [3] или «в основном для внутреннего использования». [1]
Другие ранние машины[]
В Японии разработка ETL Mark III как транзисторного компьютера началась в 1954 г., [4] и была завершена в 1956 г. В Канаде компьютер DRTE был завершен в 1957. В Австрии Mailüfterl был завершен в мае 1958 года. [5] ETL Mark III и DRTE были первыми транзисторными компьютерами в Азии и континентальной Европе соответственно.
Первый транзисторный компьютер с хранимой в памяти программой[]
В Японии разработка ETL Mark III как транзисторного компьютера началась в 1954 году, [4] и была завершена в 1956 году. в марте 1956 г., затем изготовление в апреле и начало эксплуатации в июле. [6] [5] Это был первый транзисторный компьютер с хранимой программой, [6] [7] [8] , в котором использовалась память с ультразвуковой линией задержки. [6] Это был также первый транзисторный компьютер в Азии.
Преемник ETL Mark III, ETL Mark IV, начал разрабатываться в 1956 году и был завершен в 1957 году. В нем использовалась высокоскоростная память на магнитных барабанах. [9] [8] Модифицированная версия, ETL Mark IV A, была представлена в 1958 году как полностью транзисторный компьютер с памятью на магнитных сердечниках и индексным регистром. [8] [10]
Школы и любители[]
Компьютеры первого поколения были в значительной степени недоступны для школ и любителей, которые хотели построить свои собственные, в основном из-за стоимости большого количества электронных ламп. требуется (хотя компьютерные проекты на основе ретрансляции были предприняты [11] ). Четвертое поколение (СБИС) также было в значительной степени недосягаемо из-за того, что большая часть проектных работ находилась внутри корпуса интегральной схемы (хотя и этот барьер был позже снят [12] ). Таким образом, проектирование компьютеров второго и третьего поколения (транзисторы и SSI), пожалуй, лучше всего подходило для занятий в школах и любителей. [13]
См. также[]
- Список транзисторных компьютеров
Ссылки []
- ↑ 1,0 1.1 1,2 1.3 1,4 David P. Anderson, Tom Kilburn. , номер 2, апрель – июнь 2009 г., с. 84
- ↑ Кук-Ярборо, Э.Х. (июнь 1998 г.). «Некоторые ранние применения транзисторов в Великобритании». Журнал инженерного и естественнонаучного образования (Лондон, Великобритания: IEE) 7 (3): 100–106. Ошибка: указан неверный DOI. ISSN 0963-7346. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=00689507. Проверено 7 июня 2009 г. .
- ↑ 3.0 3.1 1953 — Появление компьютеров на транзисторах, Музей истории компьютеров
- ↑ 4.0 4.1 Мартин Франсман (1993), Рынок и не только: сотрудничество и конкуренция в области информационных технологий , стр. 19, Cambridge University Press
- ↑ 5,0 5,1 Блэкман, Нельсон М. (июнь 1961 г.). «Состояние цифровых компьютерных технологий в Европе». Связь ACM (ACM) 4 (6): 256–265. Ошибка: указан неверный DOI. http://portal.acm.org/citation.cfm?id=366573.366596. Проверено 7 июня 2009 г. .
- ↑ 6,0 6,1 6,2 Ранние компьютеры, Общество обработки информации Японии
- ↑ 【Электротехническая лаборатория】 Транзисторный компьютер ETL Mark III, Японское общество обработки информации
- ↑ 8.
Добавить комментарий