WEBVTT

00:00:06.571 --> 00:00:09.871
Moderne Computer
revolutionieren unser Leben.

00:00:09.871 --> 00:00:13.926
Sie erledigen Aufgaben, die man noch
vor Jahrzehnten für unmöglich hielt.

00:00:13.926 --> 00:00:17.209
Das wurde durch viele verschiedene
Erfindungen möglich gemacht,

00:00:17.209 --> 00:00:22.680
aber es gibt eine fundamentale Erfindung
von der fast alles abhängt:

00:00:22.680 --> 00:00:24.198
Der Transistor.

00:00:24.198 --> 00:00:25.292
Was ist das

00:00:25.292 --> 00:00:30.403
und wie macht dieses Gerät all die tollen
Dinge möglich, die ein Computer kann?

00:00:30.403 --> 00:00:34.239
Im Innersten sind alle Computer das, 
was der Name andeutet:

00:00:34.239 --> 00:00:37.362
Maschinen, die mathematische
Operationen durchführen.

00:00:37.362 --> 00:00:41.947
Die ersten Computer waren Geräte
zur manuellen Zählung wie der Abakus,

00:00:41.947 --> 00:00:44.341
während man für neuere
mechanische Teile einsetzte.

00:00:44.341 --> 00:00:48.752
Was sie zu Computern machte,
war die Fähigkeit, Zahlen zu verkörpern,

00:00:48.752 --> 00:00:51.171
und ein System, um diese zu handhaben.

00:00:51.171 --> 00:00:53.423
Elektronische Computer 
funktionieren genauso,

00:00:53.423 --> 00:00:55.060
aber statt in physischer Anordnung

00:00:55.060 --> 00:00:58.870
werden die Zahlen mithilfe von 
elektrischer Spannung dargestellt.

00:00:58.870 --> 00:01:02.625
Die meisten Computer
nutzen die Boolesche Logik,

00:01:02.625 --> 00:01:04.949
die nur zwei mögliche Werte hat:

00:01:04.949 --> 00:01:07.584
die logischen Zustände richtig und falsch,

00:01:07.584 --> 00:01:11.319
die man mit den Binärzahlen
Eins und Null bezeichnet.

00:01:11.319 --> 00:01:14.246
Sie werden durch hohe
und niedrige Spannungen verkörpert.

00:01:14.246 --> 00:01:17.899
Gleichungen, die durch logische 
Torschaltungen umgesetzt werden,

00:01:17.899 --> 00:01:21.014
geben eine Eins oder Null aus,

00:01:21.014 --> 00:01:25.123
je nachdem, ob der Input 
bestimmte logische Bedingungen erfüllt.

00:01:25.123 --> 00:01:28.834
Diese Torschaltungen führen
3 logische Operationen aus,

00:01:28.834 --> 00:01:32.114
Konjunktion, Disjunktion und Negation.

00:01:32.114 --> 00:01:34.761
Die Verknüpfung funktioniert
als "UND-Gatter"

00:01:34.761 --> 00:01:37.291
und hat nur einen Hochspannungsausgang,

00:01:37.291 --> 00:01:40.517
wenn zwei hohe Spannungen
an den Eingängen anliegen.

00:01:40.517 --> 00:01:43.778
Die anderen Gatter funktionieren
aufgrund ähnlicher Grundlagen.

00:01:43.778 --> 00:01:47.134
Schaltungen können kombiniert werden,
um komplexe Operationen

00:01:47.134 --> 00:01:49.255
wie Addition und Subtraktion auszuführen.

00:01:49.255 --> 00:01:51.393
Computerprogramme beruhen auf Befehlen,

00:01:51.393 --> 00:01:54.838
die diese Operationen
elektronisch durchführen.

00:01:54.838 --> 00:01:58.024
Dieses System benötigt
eine zuverlässige und genaue Methode,

00:01:58.024 --> 00:02:00.243
den elektrischen Strom zu steuern.

00:02:00.243 --> 00:02:02.785
Frühe elektronische Computer wie der ENIAC

00:02:02.785 --> 00:02:05.556
benutzten ein Gerät namens Vakuumröhre.

00:02:05.556 --> 00:02:07.712
Ihre Frühform, die Diode,

00:02:07.712 --> 00:02:12.316
besteht aus zwei Elektroden
in einem luftleerem Glasbehälter.

00:02:12.316 --> 00:02:15.575
Das Anlegen einer Spannung
an die Kathode erhitzt sie

00:02:15.575 --> 00:02:17.115
und setzt Elektronen frei.

00:02:17.115 --> 00:02:20.492
Wenn die Anode eine etwas höhere
positive Spannung hat,

00:02:20.492 --> 00:02:22.839
werden die Elektronen von ihr angezogen

00:02:22.839 --> 00:02:24.524
und der Stromkreis schließt sich.

00:02:24.524 --> 00:02:28.186
Dieser einfachgerichtete Stromfluss
könnte durch Verändern der Spannung

00:02:28.186 --> 00:02:29.766
an der Kathode gesteuert werden,

00:02:29.766 --> 00:02:33.209
wodurch mehr oder weniger
Elektronen freigesetzt werden.

00:02:33.209 --> 00:02:34.910
Die nächste Stufe war die Triode,

00:02:34.910 --> 00:02:37.875
die eine dritte Elektrode,
das "Gitter", einsetzt.

00:02:37.875 --> 00:02:41.484
Das ist ein Drahtgitter
zwischen der Kathode und Anode

00:02:41.484 --> 00:02:43.767
durch das Elektronen durchfließen.

00:02:43.767 --> 00:02:46.243
Die Veränderung der Spannung
lässt die Elektronen,

00:02:46.243 --> 00:02:49.749
die die Kathode freisetzt,
entweder abstoßen oder anziehen.

00:02:49.749 --> 00:02:52.356
Damit wird die schnelle Umschaltung
des Stroms möglich.

00:02:52.356 --> 00:02:57.577
Auch die Fähigkeit, Signale zu verstärken,
macht die Triode für das Radio

00:02:57.577 --> 00:03:00.085
und die Fernkommunikation sehr wichtig.

00:03:00.085 --> 00:03:01.593
Aber trotz dieser Fortschritte


00:03:01.593 --> 00:03:04.593
waren Vakuumröhren
unzuverlässig und sperrig.

00:03:04.593 --> 00:03:09.156
Mit 18 000 Trioden hatte ENIAC
etwa die Größe eines Tennisplatzes

00:03:09.156 --> 00:03:11.219
und wog 30 Tonnen.

00:03:11.219 --> 00:03:13.088
Jeden 2. Tag versagten Röhren

00:03:13.088 --> 00:03:19.494
und in einer Stunde verbrauchte er
den Strom für 15 Häuser an einem Tag.

00:03:19.494 --> 00:03:21.460
Die Lösung war der Transistor.

00:03:21.460 --> 00:03:24.455
Statt Elektroden benutzt er
einen Halbleiter wie Silizium,

00:03:24.455 --> 00:03:26.992
das mit verschiedenen Elementen
behandelt wird,

00:03:26.992 --> 00:03:29.926
um einen elektronenfreisetzenden N-Typ

00:03:29.926 --> 00:03:32.655
und einen P-Typ, der Elektronen
absorbiert, zu erzeugen.

00:03:32.655 --> 00:03:35.648
Diese sind auf drei Schichten,
die sich abwechseln, verteilt

00:03:35.648 --> 00:03:37.452
und jede hat eine Anschlussklemme.

00:03:37.452 --> 00:03:39.933
Der Emitter, die Basis und der Kollektor.

00:03:39.933 --> 00:03:42.155
Bei diesem typischen N-P-N-Transistor,

00:03:42.155 --> 00:03:45.373
bildet sich infolge gewisser Phänomene
an der P-N-Schnittstelle

00:03:45.373 --> 00:03:50.398
ein spezielles Gebiet namens P-N-Übergang
zwischen dem Emitter und der Basis.

00:03:50.398 --> 00:03:52.491
Nur es leitet Elektrizität,

00:03:52.491 --> 00:03:56.604
wenn eine Spannung angelegt wird,
die eine gewisse Schwelle überschreitet.

00:03:56.604 --> 00:03:58.990
Andernfalls bleibt er abgeschaltet.

00:03:58.990 --> 00:04:03.109
Auf diese Weise können kleine Änderungen
der Eingangsspannung eingesetzt werden,

00:04:03.109 --> 00:04:07.130
um schnell zwischen hohen und niedrigen
Ausgangsstromstärken zu wechseln.

00:04:07.130 --> 00:04:12.186
Der Vorteil des Transistors liegt in
seiner Leistungsfähigkeit und Kompaktheit.

00:04:12.186 --> 00:04:16.564
Weil sie kein Anwärmen benötigen, sind sie
haltbarer und brauchen weniger Strom.

00:04:16.564 --> 00:04:22.332
Die Funktionalität von ENIAC kann heute
durch einen fingernagelgroßen Mikrochip

00:04:22.332 --> 00:04:24.612
mit Milliarden Transistoren
übertroffen werden.

00:04:24.612 --> 00:04:27.677
Durch Millionen und Abermillionen
Berechnungen pro Sekunde

00:04:27.677 --> 00:04:30.891
erscheinen heutige Computer so,
als würden sie Wunder vollbringen.

00:04:30.891 --> 00:04:33.345
aber unter all dem,
ist jede einzelne Operation

00:04:33.345 --> 00:04:36.305
immer noch so einfach
wie das Umlegen eines Schalters.