I moderni computer stanno rivoluzionando le nostre vite,
svolgendo compiti inimmaginabili anche solo decenni fa.
Questo è stato reso possibile da una lunga serie di innovazioni,
ma esiste un'invenzione fondamentale su cui quasi tutte le altre si basano:
il transistor.
Che cos'è, e come fa
un dispositivo del genere a rendere possibile tutto ciò che fanno i computer?
Alla base, tutti i computer non sono altro che ciò che il loro nome fa intendere,
macchine che eseguono operazioni matematiche.
I primi computer erano dispositivi di conteggio manuali,
come l'abaco,
mentre i più recenti utilizzavano parti meccaniche.
Ciò che li ha resi computer è stato avere un modo di rappresentare i numeri
e un sistema per manipolarli.
I computer elettronici funzionano allo stesso modo,
ma i numeri sono rappresentati
da tensioni elettriche, invece che da disposizioni fisiche.
Molti computer del genere utilizzano una matematica chiamata logica Booleana
che può assumere solo due valori,
cioè le condizioni logiche "vero" e "falso,"
rappresentate dai numeri binari uno e zero.
Questi sono rappresentati da voltaggi alti e bassi.
Le equazioni sono implementate tramite circuiti di reti logiche
che restituiscono uno oppure zero in uscita
valutando se i segnali in entrata soddisfano una certa condizione logica.
Questi circuiti eseguono tre operazioni logiche fondamentali,
congiunzione, disgiunzione e negazione.
La congiunzione funziona come "porta AND" e fornisce un voltaggio in uscita alto
solo se riceve due voltaggi alti in entrata,
e gli altri tipi di porta funzionano in modo simile.
I circuiti possono essere combinati per eseguire operazioni complesse,
come addizione e sottrazione.
I programmi per computer consistono di istruzioni
per eseguire queste operazioni elettronicamente.
Questo tipo di sistema ha bisogno di un metodo accurato
per controllare la corrente elettrica.
I primi computer elettronici, come l'ENIAC
utilizzavano un dispositivo chiamato tubo a vuoto.
La sua forma primitiva, il diodo,
consisteva in due elettrodi in un contenitore di vetro sottovuoto.
Applicando una tensione al catodo, questo si scalda e rilascia elettroni.
Se l'anodo è ad un livello di potenziale leggermente più positivo
gli elettroni ne vengono attratti,
chiudendo il circuito.
Questo flusso di corrente unidirezionale poteva essere controllato
variando la tensione al catodo,
facendogli così rilasciare più o meno elettroni.
Il passo successivo fu il triodo,
che utilizza un terzo elettrodo chiamato griglia.
Si tratta di uno strato di filo tra l'anodo e il catodo
attraverso cui passano gli elettroni.
Cambiando il suo voltaggio, la griglia respinge
oppure attrae gli elettroni emessi dal catodo,
permettendo rapidi cambiamenti di corrente.
L'abilità di amplificare i segnali rese il triodo fondamentale per le comunicazioni
radio e a lunga distanza.
Ma nonostante questi progressi, i tubi a vuoto erano ingombranti e poco affidabili.
Con 18.000 triodi, l'ENIAC era grande quasi quanto un campo da tennis
e pesava 30 tonnellate.
I tubi si guastavano un giorno sì e uno no,
e in un'ora consumava l'elettricità di 15 abitazioni in un giorno.
La soluzione fu il transistor.
Al posto degli elettrodi si utilizza un semiconduttore,
come silicio "drogato" con diversi elementi
per creare uno strato di tipo N che emette elettroni
e uno di tipo P che li assorbe.
Questi sono disposti su tre livelli alternati
con un terminale per ognuno.
L'emettitore, la base e il collettore.
In questo tipico transistor NPN,
a causa di alcuni fenomeni sull'interfaccia P-N
si forma una regione tra l'emettitore e la base chiamata giunzione P-N.
Conduce elettricità solamente quando
viene applicato un voltaggio superiore ad una certa soglia.
In caso contrario, rimane spento.
In questo modo, piccole variazioni nel voltaggio di ingresso
vengono usate per commutare velocemente correnti in uscita alte o basse.
Il vantaggio del transistor risiede nella sua efficienza e compattezza.
Dato che non richiedono riscaldamento, sono più durevoli e usano meno potenza.
L'ENIAC è ora sorpassato da un singolo microchip grande quando un'unghia,
che contiene miliardi di transistor.
Eseguendo trilioni di calcoli al secondo,
potrebbe sembrare che i computer odierni facciano miracoli
ma, alla base di tutto,
ogni singola operazione è ancora semplice come l'azionamento di un interruttore.