Elektron hesablamanın başlanğıcı

1.

Elektron hesablamanın başlanğıcı
20-ci əsrin əvvəllərində hesablamada yeni eranın - elektron
hesablamanın başlanğıcı sayılan ABC (Atanasoff-Berry Computer), fizikçi
Cohn Atanasoff və tələbəsi Klifford Berry tərəfindən 1937-1942-ci illərdə
Ayova Ştat Kollecində inşa edilmişdir. Əsasən riyazi və mühəndislik
problemlərini həll etmək üçün əlverişli olan bu maşın proqramlaşdırıla
bilmirdi.

2.

1944-cü ildə Hovard Ayken (Howard Aiken) tərəfindən işlənib hazırlanmış,
IBM firması tərəfindən isə quraşdırılmış elektromexaniki hesablama maşını
Harvard Mark I ən qabaqcıl elektronik rəqəmsal kompüterlərdən sayılırdı. Onun
765 min hissəsi, 3 milyon birləşməsi və 805 km naqili var idi. Ona görə də
ölçüləri uzununa 15 m, hündürlüyü isə 2.5 m idi. Giriş və çıxış perfokartlar
vasitəsilə, əməliyyatların idarə olunması isə perforasiya olunmuş kağız lentlər
vasitəsilə həyata keçirilirdi.

3.

Bu böyük maşınların beyinləri elektron şəkildə idarə olunan açarlaryəni relelər idi. Ancaq relelərdə problemlər çox olurdu. Onların içərisində
hərəkət edən hissələr olduğundan, zamanla köhnəlib sıradan çıxırdı.
Harvard Mark I-də təxminən 3500 rele var idi. Hər bir relenin işləməsi 10
il davam etsəydi, 10 il sonra hər gün təxminən 140 releni dəyişdirməli
olacaqdınız. Əgər böyük bir hesablama edirsinizsə bu işin içində bunu
etmək çox böyük bir problem demək idi.
Həll yolunu isə alimlər vakuum boruları adlı texnologiyanı yeni
kompüterlərdə istifadə etməkdə gördülər.

4.

Vakuum borularının iş prinsipi relelər kimidir, lakin onların hərəkət
edən hissələri yoxdu. Ona görə də onlar tez sıradan çıxmırlar. Onlar
həmçinin saniyədə minlərlə dəfə yandırıb-söndürə bilirlər ki, bu da
relelərdən dəqrqli olaraq qat-qat sürətlidir. Kompüterlərdə vakuum
borularının ilk istifadəsi İkinci Dünya Müharibəsi zamanı nasist kodlarını
sındırmaq üçün istifadə edilən Colossus Mark I -ə aid idi.

5.

Colossus Mark I 1943-1945-ci illərdə Lorenz şifrəsinin kriptoanalizinə
kömək etmək üçün İngilis kod qırıcıları tərəfindən hazırlanmış kompüterlər
dəsti idi. Colossusda, Boolean (Bul dəyişəni) və sayma əməliyyatlarını
yerinə yetirmək üçün termion klapanlardan istifadə edilirdi.
İlk Colossus Mark I-nin uğurundan sonra daha inkişaf etmiş və daha böyük
həcmli Colossus Mark II və Mark III modelləri inkişaf etdirildi. Colossus
seriyası texnoloji inkişaf və kriptoanalizdəki irəliləmələr üçün kritik rol
oynayan bir mühəndislik əsəridir.

6.

İlk ümumi təyinatlı kompüter
İlk ümumi təyinatlı kompüter isə 1946-cı ildə tamamlanan ENIAC
(Electronic-Numerical-Integrator-And-Computer) idi. O, saniyədə 5000
toplama və ya çıxma edə bilirdi ki, bu da özündən əvvəlki hər hansı bir
maşından daha sürətli sayılırdı. Lakin hətta vakuum boruları olsa da,
kompüterlər 1950-ci illərdə öz sərhədlərinə çatmışdı. Onlara daha kiçik,
daha ucuz və etibarlı olan yeni növ açar lazım idi.

7.

Buna görə də 1947-ci ildə Bell Laboratoriyasının alimləri Con Bardin,
Uilyam Şokli və Uolter Bratteyn tranzistoru icad etdilər. Bu, vakuum
borusundan daha kiçik və daha sürətli olan yeni bir növ keçid idi. O,
saniyədə 10.000 dəfə açılıb-sönə bilirdi.
Həmin alimlər tranzistor effektinin kəşfinə və ilk yarımkeçirici
tranzistorun yaradılmasına görə 1956-cı ildə Nobel mükafatına layiq
görülmüşlər.
Bu
da,
öz
növbəsində
yeni
istiqamətlənmiş
mikroelektronikanın inkişafına təkan verdi.

8.

Tranzistorlar sxemlərindən istifadə edilən ilk kompüter IBM 608
1955-ci ildə elan edildi, 1957-ci ildə isə istismara verildi. Onun 3000
tranzistoru var idi və hər saniyədə 4500 toplama-çıxma və ya təxminən
80 vurma bölmə edə bilirdi.
IBM 608, müasir kompüterlərin inkişafında bir addım kimi
qiymətləndirilir. İş yerindən asılı olmayaraq, IBM 608 mühəndislik və riyazi
hesablama sahələrində geniş istifadə edilmişdir.

9.

EHM-lərin əsasında aviasiya və kosmos texnikasında idarəetmə
kabinəsində elektron qurğuları tətbiq edildi. Həmin qurğularda minlərlə
müxtəlif növ radio elementləri istifadə olunurdu və onların sayı
günbəgün artırdı. Radio elementlərinin sayının artması praktiki çətinliklər
törədirdi. Hətta çoxlu sayda olan elementlərin normal işləməsi sual
altında idi. Çünki ən təcrübəli ustalar belə, hər 1000 lehimdə bir‐neçə
səhv buraxırdılar və buraxılan səhvlər hesabına sxemlərdə elektrik
boşalmaları baş verir, sxemlər sıradan çıxırdı.
Qüsurların aradan qaldırılması
böyük vaxt və zəhmət tələb
edirdi. Radioqurğuların etibarlılığı və işə dözümlülüyü problem olaraq qalırdı. Uzun müddətli araşdırmalardan sonra bu
problemlərin həlli üçün sxemlərin hissə-hissə hazırlanaraq
birləşdirilməsi təklifi meydana
çıxdı.

10.

Yeni tipli tranzistorların yaranması və onların impuls və rəqəm
texnikasında tətbiqi, eləcə də kiçik ölçülü hesablama maşınlarının
yaradılması, yeni‐yeni kiçik həcmli yarımkeçirici cihazlarının
birləşdirilərək elektron qurğularının yaradılmasında istifadə edilməsi
elektronikanın yeni sahəsinin – mikroelektronikanın meydana gəlməsinə
zəmin yaratdı. Sahə tranzistorlarının ixtira edilməsi kiçik həcmli elektron
hesablama maşınlarının (EHM) yaranmasının əsasını qoydu.

11.

İndiki dövrdə 50 nanometrdən də kiçik olan tranzistorların istifadə
edilməsi keçmişin böyük maşınlarından daha kiçik, daha sürətli və daha
etibarlı kompüterlərə istehsalına gətirib çıxardı. Bu tranzistorlar, bir
vərəqdən təxminən 2000 dəfə nazikdir və saniyədə milyonlarla dəfə
açılıb-sönə bilir. İşləmə qabiliyyəti isə uzun ömürlüdür. Misal üçün 1971-ci
ildəki Intel® 4004 processor-da tranzistor sayı 2,300 idisə, 2012-ci il 3-cü
nəsil Intel® Core™ processor-da isə 1.4 milyard tranzistor var idi. 2024-cü
ildə isə AMD processorunda bu rəqəm 50 milyardı keçir. Burdan aydın
olur ki, tranzistorlar zaman keçdikcə nə qədər kiçilir və inkişaf edir.

12.

Tranzistorlar
Tranzistor — elektrik siqnallarını gücləndirmək, idarə etmək və
generasiya etmək üçün üç elektrodlu yarımkeçirici cihazdır. O əlavə
mənbənin kiçik enerjisi hesabına zəif giriş siqnalını gücləndirə bilir.
Tranzistor giriş, boşaltma və mənbə hissələrindən ibarətdir, bunlar adətən
emitter, kollektor və baza adlanır.
Tranzistorlar hazırlanma teхnologiyasına, quruluşuna və digər
əlamətlərinə görə qruplaşdırılır. Ən geniş yayılmış tranzistorlar bipolyar
tranzistorlardır. Bipolyar tranzistor – bir–birilə qarşılıqlı təsirdə olan iki p-n
keçidi və üç çıхışı olan yarımkeçirici cihazdır.

13.

Bipolyar tranzistorlar
Bipolyar tranzistorlar n – p – n və p – n – p tipli olurlar. Orta oblast baza,
kənar hissələr isə emitter və kollektor adlanır. Belə tranzistorda cərəyan
keçirilməsində iki tip yükdaşıyıcılar– həm elektronlar, həm də deşiklər
iştirak etdiyi üçün onlara bipolyar tranzistor deyilir. n– p-n tipli tranzistorla
da emitter və kollektor cərəyanları elektronlarla, baza cərəyanı isə
deşiklərlə keçirilir, p–n–p tipli tranzistorlarda isə əksinə, emitter və
kollektor cərəyanları deşiklərlə, baza cərəyanı isə elektronlarla keçirilir.
Elektronların yürüklüyü deşiklərə nisbətən çoх böyük olduğundan n–p–n
tipli bipolyar tranzistorlar daha geniş istifadə olunur. Emitterlə baza
arasındakı keçid emitter keçidi, baza ilə kollektor arasındakı keçid isə
kollektor keçidi adlanır.

14.

Unipolyar tranzistorlar
İş prinsipi yalnız bir işarəli yükdaşıyıcıların (elektronların və ya deşiklərin)
istifadə olunmasına əsaslanan tranzistorlara unipolyar tranzistorlar deyilir. Bu
tranzistorlarda cərəyan həmin cərəyanın axdığı kanalın keçiriciliyinin elektrik
sahəsi vasitəsi ilə dəyişdirilməsi yolu ilə idarə olunur. Məhz buna görə bu
tranzistorları həm də sahə təsirli tranzistorlar (FET-Field-Effect Transistor) da
adlandırırlar.
Unipolyar tranzistorlar iki növə bölünür: JFET (Junction Field-Effect Transistor)
və MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Bu tranzistorlar
cərəyanın idarə edilməsi üçün bir növ yarımkeçirici materialdan istifadə edirlər və
cərəyanın axını əsasən bir tip yük daşıyıcıları (elektronlar və ya deşiklər) vasitəsilə
olur. Bu səbəbdən onlara "unipolyar" deyilir.

15.

Yarımkeçiricilər
Yarımkeçiricilər — keçiricilərlə dielektriklər arasında aralıq vəziyyət tutan
materiallardır. Yarımkeçiricilərin elektrik keçiriciliyi və ya xüsusi
müqaviməti xarici təsirlərdən, yəni temperaturdan, işıqlanmadan, xarici
elektrik sahəsindən və s. güclü asılıdır.
Mendeleyev cədvəlində orta qrupun 12 elementi B (bor), C (karbon),
Si (silisium), P (fosfor), S (kükürd), Ge (qermanium), As (arsen),
Se (selen), Sn (qalay), Sb (stibium), Te (tellur), I (yod), habelə qalium
arsenid (GaAs), silisium karbid (SiC), kadmium sulfid (CdS) kimi
bir çox üzvi və qeyri-üzvi kimyəvi birləşmələr yarımkeçirici maddələrdir.

16.

Yarımkeçirici elementlər
Silisium əksər elektron sxemlərin istehsalı üçün vacib elementdir. Silisiumdan sonra
qallium, arsen ən çox yayılmış yarımkeçiricidir və lazer diodlarında, günəş
batareyalarında, mikrodalğa-tezlik inteqral sxemlərində geniş istifadə olunur.
Silisium
Qalium
Temperaturu mütləq sıfıra yaxın olan yarımkeçiricilər dielektrik xassəsi göstərir.
Çünki valent zolağı elektronlarla dolmuş olur, bu da yeni elektronların daxil olmasına
maneə törədir. Lakin kristal quruluşuna aşqar daxil etməklə özünü keçiricilər kimi
aparan yarımkeçirici materiallar almaq mümkündür. Buradan iki əsas n–tip və p–tip
nəticə alınır. Bunlar müvafiq olaraq elektronların artıqlığı və əksikliyi deməkdir.

17.

Yarımkeçirici diodlar
Diod, cərəyanı yalnız bir istiqamətdə keçirə bilən bir dövrə
elementidirBir istiqamətdəki müqavimətləri hiss olunmaz qədər kiçik,
digər istiqamətdəki müqavimətləri isə çox böyükdür. Müqavimətin kiçik
olduğu yer düz istiqamət, böyük olduğu istiqamət isə əks istiqamət
adlanır. Diod simvolu, cərəyan keçid istiqamətini göstərən bir ox
şəklindədir.
Diodun ucları müsbət (+) və mənfi (-) işarələri ilə də müəyyən olunur.
Müsbət uca Anod, mənfi uca Katot deyilir. Diod anoda, gərginlik
mənbəyinin müsbət (+) qütbü, katoduna isə mənbənin mənfi (-) qütbü
gələcək şəkildə gərginlik tətbiq olunduqda diod açılmaqa başlayar.

18.

Diodların növləri
Diodlar elektrik sahəsində redresor (akumlyator doldurucu),
elektronikada isə, düzləndirici, detektor, modulyator, sərhələyici və
açar kimi istifadə edilir.
Yönləndirmə: Diodlar elektrik cərəyanını yalnız müəyyən bir
istiqamətdə ötürmək üçün istifadə olunur. Bu xüsusiyyət dövrədə
cərəyanın istiqamətini idarə etmək üçün çox vacibdir.
Düzləndirmə: Dəyişən cərəyanı (AC) sabit cərəyana (DC) çevirmək
üçün istifadə olunur. Bu zaman qida bloklarında 4 ədəd diodun
birləşməsindən alınan körpü diodlar daha geniş tətbiq edilir.
Qoruma: Diodlar həddindən artıq gərginliyin, əks cərəyanın qarşısını
almaq üçün dövrələri qoruya bilir. Bu, elektron cihazların həddindən artıq
gərginlik səbəbindən zədələnməsinin və yanmasının qarşısını almaq üçün
vacibdir.
Kommutasiyada istifadə: Diodlar elektrik siqnallarını və ya cərəyanı
müəyyən bir şəkildə dəyişdirmək üçün də istifadə edilə bilər. Bu, elektron
sxemləri müəyyən vaxtlarda yandırmağa və ya söndürməyə imkan verir

19.

Siqnal ötürmək üçün: Radio, televiziya və digər elektron cihazlarda
diodlar uzaqdan idarə etmək, siqnalları birləşdirmək və emal etmək
üçün istifadə edilə bilər.
Diodların, bu tətbiqlərə görə fərqlənən müxtəlif növləri vardır.
Bunlardan bəziləri aşağıdakılardır:
1. Kristal Diod
2. Zənər Diod(stabilitron)
3. Tunel Diod
4. İşıq Yayan Diod (Led)
5. Foto Diod
6. Tənzimlənə bilən tutumlu Diod
(Varaktör - Varikap)

20.

Tristorlar
Tiristor — əsasını üç p—n keçidi təşkil edən yarımkeçirici elementdir.
Belə cihazlar üçün ümumi cəhət onların Volt-Amper xarakteristikasında
mənfi müqavimətli hissənin olmasıdır. Bu isə onlardan açar rejimində
işləyən çevirici cihazlar kimi istifadə etməyə imkan verir. Tristorlar güc
elektronikasında əsasən açar kimi istifadə olunur.

21.

Nəzərə alsaq ki, relelər də eyni işi görə bilir. Amma buna baxmayaraq
tristorların bir necə üstünlüklərə malikdir.
1) Relelərin kontaktlarında qaralmalar olduğundan keçiriciliyi azalir və qizaraq
sıradan çixir.
2) Tristorlar relelərdən daha cəld açılıb bağlana bilir.
3) Dəyişən cərəyan dövrlərində tristorlar həm də motorların sürətini və ya
lampalarin parlaqlığını tənzimləyə bilir.
4) Cərəyan sərfiyyatı aşağıdır və bir impulsla açılır.
5) Ölçüsü kiçikdir.
6) Qiyməti isə ucuzdur.