ریزپردازنده ها به صورت یک جزء لاینفک در بسیاری از محصولاتی که ما هرروزه از آن ها استفاده می کنیم در آمده اند ، مانند تلویزیون ، اسباب بازی ها ، رادیو ، و البته کامپیوترها . ولی این ترانزیستورها هستند که اجزای اصلی ریزپردازنده ها را تشکیل می دهند .
در پایین ترین سطح خود ، ممکن است ترانزیستورها به نظر ساده برسند . اما تولید آن ها عملاً به سال های سال تحقیقات کشنده نیاز داشته است. تا پیش از ترانزیستورها ، کامپیوترها به لامپ های خلاء و کلید های مکانیکی متکی بودند. در سال 1958 تعدادی مهندس ( که یکی از آن ها به نام رابرت نویس ، بعداً پایه گذار شرکت اینتل شد ) دست به دست هم دادند تا 2 ترانزیستور را روی یک قطعه بلور سیلیکون بکارند و اولین مدار مجتمع را بسازند؛ چیزی که به ساخت ریزپردازنده منجر شد .
ترانزیستورها در واقع کلیدهای قطع و وصلِ برق در ابعاد مینیاتوری هستند . اگر ریزپردازنده را یک «ساختمان» در نظر بگیرید ، ترانزیستورها، حکم آجری را دارند که برای بنای این ساختمان باید روی هم گذاشته شوند.
درست همانند یک کلید ساده ی چراغ ، ترانزیستورها در دوحالت کار می کنند: حالت وصل، و حالت قطع. این حالت قطع یا وصل ، یا خاموش و روشنِ ترانزیستورهاست که امکان پردازش اطلاعات را فراهم می سازد .
● یک کلید ساده ی برقی چطور کارمی کند ؟
تنها چیزی که کامپیوترها از آن سردر می آورند ، سیگنال های الکتریکی است که قطع و وصل می شوند . برای درکِ بهتر ترانزیستورها ، لازم است بفهمید که یک مدار قطع و وصل الکترونیکی چه طور کار می کند . مدارات قطع و وصل الکترونیکی از اجزای مختلفی تشکیل می شود. یکی ، مسیر جریان است که جریانِ الکتریکی عموماً از طریق یک سیم در آن گردش می کند.
دیگری ، خودِ کلید یا سویچ است ؛ وسیله ای که گردش جریان الکتریکی را شروع و متوقف می کند، آن هم یا با بازگذاشتن مسیر جریان یا مسدود کردن آن. ترانزیستورها هیچ قطعه ی متحرکی ندارند و تنها با علایم الکتریکی قطع و وصل می شوند. قطع و وصل شدنِ ترانزیستورها ، کار ریزپردازنده ها را میسر می سازد .
● ترانزیستور چطور از عهده ی اطلاعات برمی آید ؟
شمارنده ی باینری چیزی است که فقط دارای دو حالت است ، درست مانند ترانزیستور. حالت «وصل» ترانزیستور را با 1 نشان می دهند و حالت قطع آن را با 0 . ردیف های مشخصی از الگوی 1ها و 0هایی که به وسیله ی ترانزیستورهای متعدد تولید می شوند ، می توانند نشان دهنده ی حروف ، اعداد ، رنگ ها ، و خطوط باشند. به این می گویند دستگاه باینری.
( دستگاه باینری ، یک روش شمارش است که فقط از دو رقم 0 و 1 تشکیل شده است و تمام اعداد فقط با این دو رقم نمایش داده می شوند .)
● اسم خود را برحسب باینری هجی کنید
هر حرف الفبا یک معادل باینری دارد . در سمت چپ اسم JOHN و معادل باینری آن را می بینید. اطلاعات پیچیده تری را نیز می توان با حالت قطع و وصل یا حالتِ باینری ترانزیستور ها تولید نمود؛ مانند گرافیک ، صوت ، و ویدیو .
● نیمه هادی ها و جریان الکتریسته
با اضافه کردن چند نوع ناخالصی معین به سیلیکون یک ترانزیستور، ساختار بلورین آن تغییر می کند، و خاصیت هدایت الکتریسته ی آن بهتر می شود . اگر به سیلیکون، فلز بور اضافه کنید، سیلیکونِ مثبت یا نوعِ P (P مخفف Positive ) تولید می شود که فاقدِ الکترون است . اگر به سیلیکون، فلز فسفر اضافه نمایند ، سیلیکونِ منفی یا نوع N ( N مخفف Negative ) به دست می آید که شامل تعداد بسیار زیادی الکترون آزاد است.
● حالت های قطع و وصل یک ترانزیستور
الف) رانزیستورها از سه پایانه تشکیل می شوند : منبع ، گیت ، مخرج .
ب) در ترانزیستور نوع منفی ، هم منبع و هم مخرج بار منفی دارند و روی توده ای از سیلیکون نوع مثبت را گرفته اند .
ج ) هنگامی که ولتاژ مثبت به گیت وارد می شود ، الکترون های موجود در سیلیکون نوع مثبت ، جذبِ منطقه ی زیرینِ گیت می شوند ، و یک کانال الکترونیکی بین منبع و مخرج را شکل می دهند .
د) هنگامی که ولتاژ مثبت به مخرج وارد می شود ، الکترون ها از منبع جدا شده و به سمت مخرج می روند. در این حالت ، ترانزیستور ، وصل است.
ه) اگر ولتاژ از روی گیت برداشته شود ، الکترون ها جذبِ منطقه ی واقع بین منبع و مخرج نمی گردند . مسیر جریان از بین می رود ، و ترانزیستور به حالت قطع در می آید.
● ریزپردازنده ها چطور بر زندگی ما تاثیر می گذارند
کارکردِ باینری ترانزیستورها به پردازنده ها این قابلیت را می دهد که ماموریت های بسیاری را انجام دهند، از یک نامه نگاری ساده تا ویرایش فایل های ویدیویی. ریزپردازنده ها به نقطه ای رسیده اند که ترانزیستورها می توانند صدها میلیون دستورالعمل در ثانیه را روی یک تراشه ی واحد به اجرا در آورند . اتومبیل ها ، تجهیزات پزشکی ، تلویزیون ها ،کامپیوترها ، و حتا سفاین فضایی از ریزپردازنده ها استفاده می کنند. همه ی آن ها متکی به گردش اطلاعات باینری هستند که به یمنِ وجودِ ترانزیستور ممکن گشته است.
ماهنامه کامپیوتر