How transistors work - Gokul J. Krishnan

Traduttore: Francesco Truzzi Revisore: Federico MINELLE

Modern computers are revolutionizing our lives,

I moderni computer stanno rivoluzionando le nostre vite,

performing tasks unimaginable only decades ago.

svolgendo compiti inimmaginabili anche solo decenni fa.

This was made possible by a long series of innovations,

Questo è stato reso possibile da una lunga serie di innovazioni,

but there's one foundational invention that almost everything else relies upon:

ma esiste un'invenzione fondamentale su cui quasi tutte le altre si basano:

the transistor.

il transistor.

So what is that,

Che cos'è, e come fa

and how does such a device enable all the amazing things computers can do?

un dispositivo del genere a rendere possibile tutto ciò che fanno i computer?

Well, at their core, all computers are just what the name implies,

Alla base, tutti i computer non sono altro che ciò che il loro nome fa intendere,

machines that perform mathematical operations.

macchine che eseguono operazioni matematiche.

The earliest computers were manual counting devices,

I primi computer erano dispositivi di conteggio manuali,

like the abacus,

come l'abaco,

while later ones used mechanical parts.

mentre i più recenti utilizzavano parti meccaniche.

What made them computers was having a way to represent numbers

Ciò che li ha resi computer è stato avere un modo di rappresentare i numeri

and a system for manipulating them.

e un sistema per manipolarli.

Electronic computers work the same way,

I computer elettronici funzionano allo stesso modo,

but instead of physical arrangements,

ma i numeri sono rappresentati

the numbers are represented by electric voltages.

da tensioni elettriche, invece che da disposizioni fisiche.

Most such computers use a type of math called Boolean logic

Molti computer del genere utilizzano una matematica chiamata logica Booleana

that has only two possible values,

che può assumere solo due valori,

the logical conditions true and false,

cioè le condizioni logiche "vero" e "falso,"

denoted by binary digits one and zero.

rappresentate dai numeri binari uno e zero.

They are represented by high and low voltages.

Questi sono rappresentati da voltaggi alti e bassi.

Equations are implemented via logic gate circuits

Le equazioni sono implementate tramite circuiti di reti logiche

that produce an output of one or zero

che restituiscono uno oppure zero in uscita

based on whether the inputs satisfy a certain logical statement.

valutando se i segnali in entrata soddisfano una certa condizione logica.

These circuits perform three fundamental logical operations,

Questi circuiti eseguono tre operazioni logiche fondamentali,

conjunction, disjunction, and negation.

congiunzione, disgiunzione e negazione.

The way conjunction works is an "and gate" provides a high-voltage output

La congiunzione funziona come "porta AND" e fornisce un voltaggio in uscita alto

only if it receives two high-voltage inputs,

solo se riceve due voltaggi alti in entrata,

and the other gates work by similar principles.

e gli altri tipi di porta funzionano in modo simile.

Circuits can be combined to perform complex operations,

I circuiti possono essere combinati per eseguire operazioni complesse,

like addition and subtraction.

come addizione e sottrazione.

And computer programs consist of instructions

I programmi per computer consistono di istruzioni

for electronically performing these operations.

per eseguire queste operazioni elettronicamente.

This kind of system needs a reliable and accurate method

Questo tipo di sistema ha bisogno di un metodo accurato

for controlling electric current.

per controllare la corrente elettrica.

Early electronic computers, like the ENIAC,

I primi computer elettronici, come l'ENIAC

used a device called the vacuum tube.

utilizzavano un dispositivo chiamato tubo a vuoto.

Its early form, the diode,

La sua forma primitiva, il diodo,

consisted of two electrodes in an evacuated glass container.

consisteva in due elettrodi in un contenitore di vetro sottovuoto.

Applying a voltage to the cathode makes it heat up and release electrons.

Applicando una tensione al catodo, questo si scalda e rilascia elettroni.

If the anode is at a slightly higher positive potential,

Se l'anodo è ad un livello di potenziale leggermente più positivo

the electrons are attracted to it,

gli elettroni ne vengono attratti,

completing the circuit.

chiudendo il circuito.

This unidirectional current flow could be controlled

Questo flusso di corrente unidirezionale poteva essere controllato

by varying the voltage to the cathode,

variando la tensione al catodo,

which makes it release more or less electrons.

facendogli così rilasciare più o meno elettroni.

The next stage was the triode,

Il passo successivo fu il triodo,

which uses a third electrode called the grid.

che utilizza un terzo elettrodo chiamato griglia.

This is a wire screen between the cathode and anode

Si tratta di uno strato di filo tra l'anodo e il catodo

through which electrons could pass.

attraverso cui passano gli elettroni.

Varying its voltage makes it either repel

Cambiando il suo voltaggio, la griglia respinge

or attract the electrons emitted by the cathode,

oppure attrae gli elettroni emessi dal catodo,

thus, enabling fast current-switching.

permettendo rapidi cambiamenti di corrente.

The ability to amplify signals also made the triode crucial for radio

L'abilità di amplificare i segnali rese il triodo fondamentale per le comunicazioni

and long distance communication.

radio e a lunga distanza.

But despite these advancements, vacuum tubes were unreliable and bulky.

Ma nonostante questi progressi, i tubi a vuoto erano ingombranti e poco affidabili.

With 18,000 triodes, ENIAC was nearly the size of a tennis court

Con 18.000 triodi, l'ENIAC era grande quasi quanto un campo da tennis

and weighed 30 tons.

e pesava 30 tonnellate.

Tubes failed every other day,

I tubi si guastavano un giorno sì e uno no,

and in one hour, it consumed the amount of electricity used by 15 homes in a day.

e in un'ora consumava l'elettricità di 15 abitazioni in un giorno.

The solution was the transistor.

La soluzione fu il transistor.

Instead of electrodes, it uses a semiconductor,

Al posto degli elettrodi si utilizza un semiconduttore,

like silicon treated with different elements

come silicio "drogato" con diversi elementi

to create an electron-emitting N-type,

per creare uno strato di tipo N che emette elettroni

and an electron absorbing P-type.

e uno di tipo P che li assorbe.

These are arranged in three alternating layers

Questi sono disposti su tre livelli alternati

with a terminal at each.

con un terminale per ognuno.

The emitter, the base, and the collector.

L'emettitore, la base e il collettore.

In this typical NPN transistor,

In questo tipico transistor NPN,

due to certain phenomena at the P-N interface,

a causa di alcuni fenomeni sull'interfaccia P-N

a special region called a P-N junction forms between the emitter and base.

si forma una regione tra l'emettitore e la base chiamata giunzione P-N.

It only conducts electricity

Conduce elettricità solamente quando

when a voltage exceeding a certain threshold is applied.

viene applicato un voltaggio superiore ad una certa soglia.

Otherwise, it remains switched off.

In caso contrario, rimane spento.

In this way, small variations in the input voltage

In questo modo, piccole variazioni nel voltaggio di ingresso

can be used to quickly switch between high and low-output currents.

vengono usate per commutare velocemente correnti in uscita alte o basse.

The advantage of the transistor lies in its efficiency and compactness.

Il vantaggio del transistor risiede nella sua efficienza e compattezza.

Because they don't require heating, they're more durable and use less power.

Dato che non richiedono riscaldamento, sono più durevoli e usano meno potenza.

ENIAC's functionality can now be surpassed by a single fingernail-sized microchip

L'ENIAC è ora sorpassato da un singolo microchip grande quando un'unghia,

containing billions of transistors.

che contiene miliardi di transistor.

At trillions of calculations per second,

Eseguendo trilioni di calcoli al secondo,

today's computers may seem like they're performing miracles,

potrebbe sembrare che i computer odierni facciano miracoli

but underneath it all,

ma, alla base di tutto,

each individual operation is still as simple as the flick of a switch.

ogni singola operazione è ancora semplice come l'azionamento di un interruttore.