Роль транзисторов и диодов в компьютерах

[eugrita]

Возможно вопрос от незнания.
Применяются ли до сих пор транзисторы и диоды в компьютерах, точнее в процессоре и материнской плате. Почему то бытует мнение что это Компьютеры на транзисторах 2 поколения(1955-1965). Но ведь по-моему транзисторы резко уменьшившись в размерах перешли в процессор. Эта интелловcкая гонка в CISC архитектуре -именно по плотной упаковке транзисторов?
Что касается диодов? Напрямую большие диоды никогда не применялись?
Но можно говорить и так - транзистор это соединенные 2 диода?
Я прав?

[Dmitriy40]

В процессоре транзисторы применяются, конкретно полевые с изолированным затвором, собственно весь процессор практически только из них и состоит. Как и микросхемы памяти (DRAM, SRAM, FLASH).
Диоды как отдельный элемент тоже применяются, но не в работающих цепях, а в качестве защитного элемента на входах, в нормальном режиме работы микросхем они не участвуют.

Представлять транзистор как два диода - некорректно, даже биполярный (а уж тем более полевой МОП с одним диодом), его можно использовать как диод (и даже два), но вот соединением двух диодов транзистор не получить.

Если же говорить о компьютере в целом, не только микросхем, то и транзисторы и диоды активно используют в силовых цепях питания: линейные и импульсные стабилизаторы (и опорное напряжения для них), объединение разных цепей питания, защита от переполюсовки (обратной полярности подключения источника питания).

PS. Выше речь только про МОП структуры, все другие применяются уже сильно-сильно редко, хотя и могут быть построены и на биполярных транзисторах и диодах. Также не затрагиваю вопросы приёма/выдачи аналоговых сигналов (не звука), где в качестве опорного напряжения активно используются транзисторы в диодном включении и стабилитроны или задействуют нелинейности диода/транзистора - это узкоспециализированные применения.

[Xey]

Компьютер состоит из миллионов логических элементов, которые можно сделать из радиоламп, транзисторов, оптических (пневматических, гидравлических) элементов.

Обычно используют транзисторы, (сначала корпусные, потом без корпусные , потом интегрированные в микросхему), последние легко поддаются миниатюризации , их формируют в местах пересечения токопроводящих дорожек , которые наносят методом фото или ионной литографиии .
Логический элемент состоит из нескольких транзисторов.

[arseniiv]

eugrita в сообщении #1416334 писал(а):

Почему то бытует мнение что это Компьютеры на транзисторах 2 поколения(1955-1965).

Очевидно, имеются в виду отдельные не интегрированные транзисторы, каждый в своём корпусе.

Вообще деление на те поколения, я школьную информатику помню, какое-то несуразное. Можно бы им ученикам головы и не морочить, я не помню чтобы специалисты где-то пользовались этими специфическими нумерованными поколениями. Если надо чтобы их поняли, скорее всего в подобном случае скажут явно «компьютер на [отдельных] транзисторах».

[Emergency]

eugrita в сообщении #1416334 писал(а):

Что касается диодов? Напрямую большие диоды никогда не применялись?

Непонятно, что означает "большие"?
Самые "большие" (силовые) стоят в блоке питания и обеспечивают токи 20-40 ампер. Поменьше (тоже силовые) стоят на плате и обеспечивают питание специализированных микросхем. Совсем "маленькие" служат для измерения температуры.

[Munin]

Xey в сообщении #1416377 писал(а):

Компьютер состоит из миллионов логических элементов

Уже из миллиардов и десятков миллиардов.

arseniiv в сообщении #1416388 писал(а):

Вообще деление на те поколения, я школьную информатику помню, какое-то несуразное.

Оно имело смысл примерно до 80-х годов. Сейчас ими никто не пользуется, разумеется. Сейчас в ходу нумерация "по разрядности" (32, 64, старые 16 и 8), деление на CISC / RISC, упоминание числа ядер и SoC.

-- 21.09.2019 19:17:14 --

Dmitriy40 в сообщении #1416367 писал(а):

Также не затрагиваю вопросы приёма/выдачи аналоговых сигналов (не звука), где в качестве опорного напряжения активно используются транзисторы в диодном включении и стабилитроны или задействуют нелинейности диода/транзистора - это узкоспециализированные применения.

Это не так уж мало. Аналоговый сигнал - это свет, это звук, это радиочастотный канал в мобильном телефоне, это множество всяких датчиков. В ядре вычислительного устройства обычно всё дискретизовано, но гибридные цифроаналоговые чипы тоже широко используются.

[arseniiv]

Munin в сообщении #1416399 писал(а):

Оно имело смысл примерно до 80-х годов.

А в учебниках попадалось и в нулевые, у меня например. Кажется, нам повезло, что на нём никто не зацикливался, но если оно вдруг попадается в ЕГЭ… (надеюсь, нет).

Впрочем, тема о безысходности школьной информатики тут уже была и не одна.

-- Сб сен 21, 2019 21:23:37 --

И да, современная электроника, что микро, что не, очень удивительна и обширна, и я лично в ней совершенно ничего не понимаю, хотя про классические штуки типа транзисторов-конденсаторов-светодиодов, конечно, наслышан. То, что происходит даже в современном блоке питания — просто магия. Ну и то, что позволяет до сих пор делать прогресс в микропроцессорах (кроме числа ядер и подобных в каком-то смысле высокоуровневых вещей), тоже магия. Хотя её язык ещё поворачивается счесть подразделом ФТТ, а вот разнообразие сверх этого уже слишком большое. А кто-то в этом разбирается и делает лучше!

[Munin]

arseniiv в сообщении #1416401 писал(а):

А в учебниках попадалось и в нулевые

Ну вот в конце 80-х оно проникло в школьные учебники (вместе с появлением предмета "Информатика и ВТ"), а там уже залипло навечно.

Хорошо ещё школьников сегодня не мучают классификацией птолемеевских сфер и слонов с черепахами. А то образованию всё равно, что пихать в головы.

[Евгений Машеров]

Разделение на "поколения" имело значение для рекламных кампаний, когда позволяло говорить о том, что "мы выпускает машины нового поколения, а конкуренты ещё предшествующего". Элементная база, разумеется, имела значение, но через достигаемые свойства ЭВМ - надёжность, быстродействие и стоимость. Лампы имели привычку перегорать (накал катодов), что определяло максимальное время до сбоя, а также ограничивало быстродействие (поскольку ёмкость между анодом и катодом при повышении частоты приобретала свойства короткого замыкания...) При этом способность ламп перегорать ограничивала и их общее число, по мере его роста время до первого перегорания становилось всё меньше. Замена ламп на транзисторы позволила увеличить и быстродействие, и надёжность (хотя последняя ламповая ЭВМ была снята с боевого дежурства в 1984). И это улучшение назвали "сменой поколений". Увеличению числа элементов мешали чисто экономические причины, транзистор был не дешевле лампы, но с появлением микросхем появилась возможность за приемлемые деньги увеличить число элементов. В частности, стало возможно построить машину, пригодную и для собственно вычислений (с развитой арифметикой и быстродействующую), и для обработки больших объёмов информации (с большой оперативной и внешней памятью), и при этом имеющую разумную цену. Прорыв был именно в этом, но поскольку возможность его дала замена отдельных транзисторов на микросхемы, содержавшие на одной пластинке много транзисторов, то "третьим поколением" стали именовать ЭВМ на микросхемах. На дискретных элементах строились ещё долго после появления "третьего поколения", например, из соображений быстродействия. Например, Univac-418 производился до 1976 года включительно. "Четвёртым поколением" стали именовать микропроцессорные системы, однако грань между поколениями ещё более условна, чем между 1 и2 или 2 и 3. Впрочем, как "четвёртое поколение" рекламировали, например, Amdahl 470, принципиально не отличавшийся от IBM/370.
Диоды в CPU использовались, например, в диод-транзисторной логике
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0 ... 0%BA%D0%B0

[Munin]

Примерно с конца 70-х - с начала 80-х начался бум персональных компьютеров. Они быстро обогнали по продажам и большие компьютеры и миникомпьютеры, и в результате вся отрасль в основном переориентировалась на производство персоналок. Их характеристики постепенно улучшались, но без чётких границ, которые можно было бы назвать "сменой поколений". Кроме того, многие характеристики ПК были доступны и раньше, но только на больших дорогих компьютерах, и только "спускались" в более доступный ценовой сегмент. Так произошло:
- с floppy-дисководами (у многих дешёвых компьютеров была память на магнитофонных аудиокассетах и картриджах);
- с жёсткими дисками;
- с цветным графическим выводом на дисплей;
- с сопроцессором, а потом и встроенным в центральный процессор блоком FPU, который был нужен для 3D-графики.

С точки зрения пользователя, довольно крупными изменениями были:
- переход с алфавитно-цифрового интерфейса и однозадачных ОС (DOS, Norton Commander) на GUI и многозадачность (Windows и всякие OS/2) - ранние 90-е годы;
- появление интернета - с конца 90-х и начало 00-х;
- появление и постепенное распространение лэптопов / ноутбуков - началось тоже примерно в начале 00-х, и заняло как минимум 10 лет.
Но аппаратная часть компьютера при этом менялась очень плавно, и сменой поколений это никто не называл. Крупным изменением, пожалуй, была только эволюция монитора: сначала они бурно стали "плоско-экранными ЭЛТ", а потом быстро вытеснились "истинно-плоскими LCD". Это тоже около десятилетия 00-10-х годов. После этого, "в мире desktop / notebook" никаких крупных изменений не было.

Зато после рубежа 90-00 эволюция переместилась в сектор мобильных устройств. Вначале появились "карманные ПК" без телефонной связи, а мобильные телефоны бурно возникли, но были простыми устройствами. Мобильный интернет был медленным и дорогим. Около 10-х годов появились смартфоны / коммуникаторы, соединяющие "карманные ПК" и телефон, а WiFi позволил им иметь быстрый интернет. Одновременно ноутбуки пытались стать легче ("нетбук"), оторвались при этом от совместимости с desktop, и постепенно превратились в современные планшеты, слившись с сектором смартфонов. Поколениями это всё никто не называет, но пройденный путь всё же значителен.

[Snegovik]

Еще такой момент называли, если не ошибаюсь - переход на так называемые БИС (большие интегральные схемы), т.е. когда микросхемы стали содержать не пару триггеров, а функционально законченное устройство определенного назначения, например микропроцессор. Первый коммерчески доступный микропроцессор Intel 4004 содержал 2300 транзисторов.

[Munin]

Это и было "четвёртое поколение". Сейчас стало ясно, что эта граница не принципиальна. Например, чем это отличается от перехода на SoC?

[eugrita]

Ясно видимо одно. Нельзя серьезно говорить об архитектуре компьютеров, не разобравшись с элементной базой и с ее основой -транзисторами типами и принципами их действия, т.е. с физикой полупроводников. Все держится на том что бит=1 если транзистор открыт и 0 если заперт?

[arseniiv]

Сопоставление не важно, можно и наоборот.

[Munin]

eugrita в сообщении #1416819 писал(а):

Все держится на том что бит=1 если транзистор открыт и 0 если заперт?

Вот вы правильно говорите: нельзя не разобравшись. Так вот, сначала разберитесь, а потом пишите такую чушь. Точнее, чуши лучше не пишите.

(Подсказка: были логики ЭСЛ, ТТЛ, n-МОП, КМОП, не считая некоторых других. Сейчас абсолютно преобладает КМОП (CMOS). Для неё сказанное вами грубо неверно.)