Computerpioniers: van elektronenbuis naar chip

Met de komst van de transistor en later de microprocessor werd een ongekende revolutie in de computerontwikkeling gestart. Kleiner, steeds kleiner en steeds goedkoper. Zonder de ontwikkeling van de transistor, het geïntegreerde circuit en de microprocessor was de computer iets van grote bedrijven gebleven - niet van ons allemaal.

Inleiding

Met de komst van de eerste elektronische digitale computers, de Z3, de ABC en de ENIAC, werd het startsein gegeven tot de digitale revolutie. Niet alleen op rekenkracht en mogelijkheden, ook werd hiermee een ontwikkeling ingezet die het formaat van de computers sterk deed slinken.

Reuzen

De elektronische computers die in en vlak na de Tweede Wereldoorlog werden ontwikkeld, maakten voor hun schakelingen gebruik van elektronenbuizen. Dat verhoogde de snelheid ten opzichte van de vroeger gebruikte mechanische schakelingen enorm. In de ENIAC, (Electronic Numerical Integrator And Computer, gebouwd in 1943) werden zo'n 18 000 van deze elektronenbuizen gebruikt. De consequentie daarvan was natuurlijk ook dat dit type computer een enorme ruimte in beslag nam. De ENIAC was wel vierentwintig meter lang! Computers werden overigens in deze periode niet in massaproductie gemaakt, maar uitsluitend op bestelling. Door het enorme formaat, en de daaruit voortvloeiende torenhoge kosten, was de aanschaf van een computer uitsluitend weggelegd voor slechts enkele overheden, ministeries of bedrijven.

Technische problemen

Hoewel de elektronenbuis voor een enorme verhoging van snelheid en rekenkracht had gezorgd, introduceerde deze ook een nieuw probleem. Omdat elektronenbuizen relatief kwetsbaar zijn, ging er op het totaal van 18 000 ook regelmatig eentje stuk: een buis brandde dan door. De machine moest worden stilgelegd om het defecte exemplaar te kunnen vervangen. In onderhoud en vervanging van elektronenbuizen gingen heel wat uurtjes zitten! Een duidelijke ondermijning van de effectiviteit en de productiviteit!

Computerpioniers: Shockley, Bardeen, Brattain

In 1947 vond de Brits-Amerikaanse William Shockley (1910-1989) samen met John Bardeen en Walter Brattain de transistor uit. Deze uitvinding, waarvoor hij in 1956 ook de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontving, zou zorgen voor een ongekende doorbraak in de computerindustrie.

Transistor

Het woord transistor is eigenlijk een samenvoeging van twee (Engelse) woorden:

• transfer (overbrengen)
• resistor (weerstand)

Een transistor kan werken als versterker, schakelaar of gelijkrichter. Taken die ook door een elektronenbuis konden worden verricht. Er waren echter belangrijke verschillen. Transistors zijn:

• veel kleiner
• veel goedkoper
• veel minder gevoelig voor storingen en gaan dus veel langer mee

Het gebruik van een transistor in plaats van een elektronenbuis leverde dus alleen maar voordelen op. Vanaf de jaren vijftig van de twintigste eeuw werden door de grote computerfabrieken alleen nog maar transistors gebruikt. Dat resulteerde in véél kleinere computers tegen véél lagere prijzen.

Integratie

Naarmate transistors kleiner gemaakt konden worden, nam de behoefte aan weerstanden in de schakelingen af. Uiteindelijk werd deze functie overbodig. Je kon ook alle nodige transistors met elkaar verbinden tot je één geïntegreerd circuit kreeg. In 1958 bouwde de Amerikaan Jack Kilby (werkzaam bij Texas Intruments) een geïntegreerd circuit. Op een klein plaatje van halfgeleidend materiaal bracht hij alle transistors bij elkaar die nodig waren voor één schakeling. Zo'n combinatie werd aangeduid met de tegenwoordig zeer bekende term chip.

En nog veel kleiner

Fabrikanten waren zich er goed van bewust dat kleinere elementen in hun computers zorgden voor kleinere, dus handzamere, eindproducten. En niet alleen dat, machines die uit minder materialen en onderdelen bestaan, zijn ook nog goedkoper aan materiaalkosten, maar ook aan bouw-uren. Er werd alles aan gedaan om de chips nog kleiner te maken, en nog meer transistors op het geïntegreerde circuit te plaatsen.

Microprocessor

In 1971 werd door ingenieurs van Intell (Ted Hoff, Stan Mazor, Fredrico Faggin en Les Vadesz) de volgende fase in het proces ontworpen: de microprocessor. Op deze superchip, ontwikkeld voor een Japans bedrijf dat rekenmachines maakte) waren alle voor de rekenmachine noodzakelijke chips gecombineerd. Bijzonder was, dat de chip ook achteraf nog programmeerbaar was, waardoor de flexibiliteit enorm toenam, met de mogelijkheid de nieuwe microprocessor in grotere oplagen te produceren. De functie kon immers achteraf worden aangepast aan de behoeften van de gebruiker.

Computerrevolutie

De uitvinding van de microprocessor betekende een nieuwe fase in de computerrevolutie, die in steeds hoger tempo zou leiden tot kleinere en krachtiger microprocessoren en dus tot kleinere en krachtiger computers. In 1965 deed Gordon Moore (één van de oprichters van chipfabrikant Intel) een voorspelling ten aanzien van de technologische vooruitgang. Deze voorspelling wordt ook wel aangeduid met de Wet van Moore.

De Wet van Moore

De Wet van Moore stelt dat het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling door de technologische vooruitgang elke 2 jaar verdubbelt. Door de verregaande miniaturisatie van de chips en de gebruikte technieken is deze voorspelling vrij goed uitgekomen, zeker tot 2011. Uiteraard zit er wel ergens een grens aan de mogelijkheden en is het niet uit te sluiten dat de versnelling gaat vertragen. We zullen het zien!