Смартфон или компьютер есть у всех — с их помощью мы общаемся, работаем и читаем статьи в Дзене. Чтобы смартфон помещался в кармане, ему нужен маленький процессор. 74 года назад процессор был размером с кафе, сегодня — с тонкий кусочек шоколада. И всё это благодаря транзисторам. Рассказать как они работают?
Процессор тогда и сегодня
Знакомьтесь, это ENIAC. Первый компьютер общего назначения. На нём прогнозировали последствия ядерной войны с СССР. Его вес 30 тонн, а тактовая частота 100 000 Гц. Что такое частота и Герцы сейчас не важно.
А это процессор Intel, его тактовая частота в 50 тысяч раз больше, а вес в 600 тысяч раз меньше. И это всё благодаря транзисторам.
Транзистор — человеческим языком
Обычно мы включаем и выключаем свет с помощью выключателя. Нажимаешь — свет горит; нажмёшь ещё раз — погаснет. Транзистор делает то же, но механизм работы другой. Благодаря этому транзисторы намного меньше и включаются-выключаются почти со скоростью света.
Как работает
Внутри транзистор состоит из полупроводников. Полупроводник интересен тем, что в разных состояниях ведёт себя по-разному. В одном случае он пропускают через себя электричество, а в другом — нет.
Полупроводник как юная дева: сейчас ты ей мил и она рада тебя видеть, а через мгновение ты превращаешься в порождение зла и лучше тебе провалиться в тот ад, из которого ты опрометчиво выполз. И так весь день.
Настроение девушки лучше всего поднимает внимание, а полупроводника — специальный ток. Стоит его лишь чуть подать на транзистор, как полупроводники начнут проводить электричество. Если ток убрать — они перестанут.
Ток, который регулирует проводимость в транзисторе, и ток, который проходит через транзистор — разный. Давайте на примере смесителя в ванной. Один ток — это рука человека, которая открывает кран; второй ток — это вода, которая пойдёт из смесителя; а кран— это как раз транзистор.
Прелесть тока в том, что он куда быстрее человека. Пока юноша начистит доспех, пока победит дракона — девушка заскучает. А вот ток придёт к полупроводнику и убедит его пропускать электричество в одно мгновение, ведь его скорость почти равна скорости света.
Как выглядит
У транзистора три «ножки» и корпус.
Ток поступает на первую ножку, проходит через корпус и выходит через третью. Пропустить ток или нет — решает вторая ножка. В мире садовых шлангов первая ножка — это источник воды; вторая — это вентиль; а третья — конец шланга, из которого поливают грядки. В мире крутых физиков первая — эмиттер; вторая — база; третья — коллектор.
По сравнению с транзисторами, которые используют в процессорах, эти — гиганты. Транзисторы в процессорах просто так не увидеть, понадобится микроскоп. В современных процессорах размер транзистора 7 нанометров.
Если увеличить сантиметровый транзистор до размеров земли, то транзистор размером 7 нанометров будет размером с баскетбольное кольцо.
Где применяют
Почти в каждой плате, процессоре, усилителе есть транзисторы. Они буквально повсюду. Вот наиболее понятные примеры:
В лампах. Светодиодные лампы работают так: они быстро-быстро мерцают. Настолько быстро, что глаз человека видит ровный свет без мерцаний.
За яркостью светодиодной лампы следит транзистор. Он с разной частотой подает электричество на светодиод, так что и светодиод мерцает с разной частотой. Чаще — ярче; реже — тусклее.
В процессорах. В 1946-м компьютеры передавали информацию с помощью ламп. Лампа горит — 1. Не горит — 0. Это двоичный код. Чтобы построить ламповый компьютер, понадобится спальня, а лучше — спальный район.
Транзисторы в миллионы раз меньше ламп. До транзисторов процессоры были размером с кафе, сегодня — с тонкий кусочек шоколада. Вот вам бодрый пример: в первом компьютере было 17 тысяч ламп, а в процессорах 2017-го года 19 миллиардов транзисторов. Размер такого процессора — 4 на 4 см.
Что запомнить:
- Транзистор — это выключатель, только быстрее и меньше. Включил — ток проходит через транзистор; выключил — нет.
- Принцип работы — отдельный ток изменяет свойства полупроводников внутри транзистора. То полупроводники проводят электричество, то нет.
- Транзисторы бывают маленькие — их используют в энергетике и промышленности. А бывают очень маленькие — из них собирают процессоры.