MBY kåserar: 2006 – ett jubileumsår?
2006 - ett jubileumsår?
I år fyller elektroniken 100 år. I år fyller PCn 25 år. Mikroprocessorn fyller 35, mikrochipet 45 och datorn fyller 65 - fast den är knappast färdig för pension. Samtliga åldrar kan givetvis ifrågasättas, men detta är min personliga referens.
Elektroniken, 1906
Under 1800-talet lärde man sig snabbt hantera elektriciteten, och all viktig ellära upptäcktes inom loppet av några decennier. Ohms lagar, Kirchoffs och Maxwells. Elektromagnetismens ekvationer föddes och nyckelkomponenter uppfanns såsom motståndet och reläet. Kondensatorn upptäcktes redan under 1700-talet, men först under 1800-talet kunde dess funktion begripas. Kemin gav oss förståelse för batterier, bränsleceller, solceller och kristaller. Radion, elmotorn, glödlampan, likriktaren, värmelementet, generatorn, är några apparater som såg dagens ljus.
Under sent 1800-tal börjades det experimenteras med grundläggande elektronrör som dioden och CRT, och även halvledare som kristallikriktaren. Förståelsen var dock inte fullständig och det saknades en generell komponent som kunde förstärka signaler. Elektronröret är en behållare, ofta av glas eller metall, som är evakuerad eller fylld med förtunnad gas. Kärnan är egentligen glödlampan, och en lampa är i någon mening det simplaste elektronröret. Edison lade märke till att den varma glödtråden emitterade elektroner som slog mot rörets insida. Genom att placera en kontakt, en platta, i röret och leda den till utsidan fick man en likriktare. Ponera att man placerar glödtråden i en liten tub. Denna tub kopplas till rörets utsida, och värms upp av glödtråden. Lite längre bort, i rörets periferi, placerar nämna platta. Elektroner emitteras av tuben, och kan samlas upp av plattan. En ström kan således flöda mellan plattan och tuben. Men inte åt andra hållet (notera att man brukar räkna strömriktningen i motsatt håll jämte riktningen av elektronerna - elektroner har negativ laddning).
Anod
_____|_____
/ | \
| ___|__ |
| ^ ^ |
| ^ e- ^ |
| _______ |
| |VVVV| | |
\__|____|_|_/
| | |
Glödtråd Katod
Edit: "Code" suger. Relativa typsnitt suger.
Detta var bland de första exemplen på hur man styr strömmar.
Året var 1906. Uppfinnaren Lee De Forest kom på att placera ännu en pryl i röret. Ett finmaskigt nät av metalltråd, mellan den emitterande polen (glödtråden/tuben) och mottagarplattan, anoden:
Anod
_____|_____
/ | \
| ___|__ |
| ^ ^ |
| - -^- - ----|-- Styrgaller
| _______ |
| |VVVV| | |
\__|____|_|_/
| | |
Glödtråd Katod
Edit25: Ja, måtte jävulen ta allt annat än "Courier New" och fixedsys!
Detta var ett genidrag. Om man placerar en kraftig negativ spänning på gallret så repelleras elektronerna från den varma katoden. Nu flödar ingen ström. Om spänningen på gallret ökar, kommer lite elektroner kunna passera i genom till anoden. Om spänningen ökar ytterligare, kommer successivt fler och fler av elektronerna ta sig igenom. Det finurliga är att medan elektronflödet representerar en faktiskt ström, så behövs endast en förhållandevis låg spänning på gallret för att styra det. Man kan alltså styra en stor ström med en liten. Precis vad vi behöver för att bygga förstärkare, bra radioapparater, TV och, givetvis, datorer. Funktionssättet är inte helt olikt den något modernare MOS-transistorns (fast helt olika fysikaliska principer). Denna komponent, först kallad "audion", fick sedermera namnet triod - rörens motsvarighet till en transistor. Inget hindrar oss emellertid att placera in flera galler. Vi kan göra oss tetroder, pentoder, hexoder, heptoder, oktoder och nonoder, alla identifierade med ökat antal styrgaller. Den sluge ser genast att logiska grindar är en uppenbar tillämpning. Genom att variera andra saker som vilken gas vi har i röret kan vi skapa allehanda intressanta rör som tyratoner, kvicksilverlikriktare (som tål ström som inget annat), och givetvis, katodstrålerör känd från monitorer och TV-apparater. Ett CTR är i princip ett rör där anoden blivit genomskinlig, och precis bakom har ett florucerande ämne appliceras som lyser upp när en elektron träffar.
Styrgaller kan då justera ljusstyrkan och s.k. avlänkningsplattor, placerade vinkelrät och på sidan av elektronflödet, kan styra själva strålens bana. Det är just så en bild ritas upp på en bildskärm. Lite annat tillkommer givetvis. Bland annat måste strålen koncentreras så den inte brer ut sig mer än en pixel i tvärsnitt. Vi behöver också accelerera strålen så att den går rakt hela vägen till skärmen, och "rammar hårt i den", inducerandes en liten pixel!
Rören härskade i närmare 60 år (och lever ju kvar i CRT-skärmar) och även om fysiken skiljer sig från halvledare, så är det principiella funktionssättet närmast identiskt med dessa. Ganska snabbt började kommersiell produktion av rör, och dessa blev tidigt "integrerade" genom att flera funktioner placerades i samma rör. Vanligt är t.ex. en triod och en pentod i samma kapsel. Få komponenter har visat sig vara lika flexibla som rör; de kan göras små, som ficklampslampor eller manshöga mastodonter som klarar tiotusentals ampere. De kan se ut som bläckfiskar, när de likriktar flerfasig växelström. Gasen i dessa lyser vackert blågrönt. Kallkatodsrör, kända bland moddare, har haft flera ansikten och används bland annat som räknare. På 1940-talet kom ett "minnesrör", selektronen, där senare modeller kunde lagra 4096 bitar (http://home.att.net/~thercaselectron/sel4096.html). Mest känt som minnesrör är dock williamsröret, som är ett modifierat katodstrålerör där bitar från skärmen kan läsas tillbaka. Rören kommer vi fortsättningsvis behöva i flera specialområden, inte minst inom fysik. Röret (trioden), om ni frågar mig, är 1900-talets i särklass viktigaste uppfinning. Som tvåa, på avstånd, finns transistorn. Internet finns inte ens på kartan.
PCn, 1981
Oktober 1981. IBM lanserar sin dator IBM 5150, även kallad "PC", marknadsförd med en Charlie Chaplin-figur. Även om den inte var den första persondatorn, så är det denna som gav den allmänna termen "PC" för datorer som är IBM-kompatibla. IBM PC är som bekant en direkt förfader till alla moderna PC. Processorn, Intel 8088, var en bantad variant av den första x86-processorn, 8086, och betingade en klockfrekvens om 4,772 MHz. Operativsystemet var Microsoft MS-DOS 1.00, och alla program kan köras idag, på en modern PC (det fanns dock andra operativsystem, t.ex. CP/M för PC). http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_PC
Mikroprocessorn, 1971
Ett japansk företag ska bygga en ny avancerad elektronisk kalkylator. För detta behövs specialdesignade mikrochip. De vänder sig till ett nystartat litet företag som specialiserat sig på en nymodighet, halvledar-RAM. Företaget heter Intel och dess flaggskepp är Intel 3101A och 1101, SRAM-minnen med 64 resp 32 bytes. Intelingenören Ted Hoff bestämde sig för att pröva ett nytt koncept, och med hjälp av ett team om fyra personer utvecklar de en generell CPU, i stället för specialanpassade kretsar. Som den processor den är, kan den ju programmeras att göra i princip vad som helst. Detta blev Intel 4004, ett mästerverk med 2300 transistorer. Med klockfrekvensen 108 kHz (0,108 MHz) kan den göra allt beräkningsarbete i japanska Busicoms kalkylator. Värt att notera är att klockfrekvensen är samma som för ENIAC, 25 år tidigare.
Processorn hittade snart in i andra tillämpningar, för mät och styr, för kassaapparater och för mer generella datorer. Samtidigt höjdes klockfrekvensen till 740 kHz. Få processorgenerationer har väl genomgått mer än en sjudubbling i hastighet. Snart kom Intel 4040, nästa generation, och redan året därpå, 1972, lanserades 8008, den första 8-bitarsprocessorn. Resten vet vi; 8080, 8085, 8086, 8088, (80186/88), 80286, 80386, 80486, Pentium, PII, P3, P4 och nu Core Duo.
Mikrochipet, eller den integrerade kretsen, 1961
Detta är historien av konkurrens, rättstvister, nobelpris och allmän kontrovers. Oberoende av varann, funderade Robert Noyce och Jack Kilby i slutet av 50-talet om man inte skulle kunna placera fler än en komponent på samma gnutta kisel. Kilby, som då jobbade för Texas Instruments blev klar först. Han bokstavligen, men en pennkniv, karvade fram en handfull med transistorer och motstånd på ett stycke kisel, skapandes en lite oscillator. Han kopplade samman komponenterna med yttre ledare, något man inte gör idag. Noyce lyckades koppla ihop komponenterna på sitt chip med själva kislet, vilket ledde till en faktiskt användbar konstruktion. Båda lämnade in patentansökning, ovetandes om varandra. Pantenttvisten rasade i 40 år, och idag anses båda vara gemensamma upphovsmän. Kilby fick nobelpriset i fysik för något år sedan, något jag väntat på mycket länge. Noyce, som var med att starta Intel, dog av en hjärtattack 1990.
Även om det inte är helt självklart när mikrochipet uppfanns (1958 till 1961 är vanliga årtal) så kan vi med större säkerhet säga att den första serietillverkade kretsen, en hörlursförstärkare för hörselskadade, kom 1961.
http://www.ti.com/corp/docs/kilbyctr/jackbuilt.shtml
http://www.noycefdn.org/initiatives.html
Fast, detta är knepigt. Den brittiske radarforskaren Geoffrey Dummer anses har, åtminstone i tanken, uppfunnit mikrochipet så tidigt som 1952. Han misslyckades med att skapa ett tidg prototyp 1956. Ingen trodde väl riktigt på iden, heller.
Jack Kilby och Robert Noyce är tveklöst bland de mest okända, och samtidigt viktigaste, personerna i världshistorien. Jag blir nedstämd när jag tänker på det; ingen vet vilka de är! Varenda skolbarn borde veta det. Dessa personers bedrifter, tycker jag, är lika självklar allmänbildning som att känna till Thomas Edison, Alfred Nobel eller Leonardo Da Vinci. Det finns en bra bok, jag läste för många, många år sedan. Den handlar om Silicon Valleys historia från den första förstärkninge med elektronrör, där en myras steg fick eka i en högtalare som om den vore en elefant, till kontroversen kring transistorns tre fäder, med nazianklagelser och inte minst, porträttet över Kilby och Noyce eller historien kring garageföretaget Hewlett Packard. Boken sträcker sig till tidigt 1980-tal där konkurrensen från Japan börjar kännas. Boken heter "kiseldalen". Tyvärr minns jag inte mer specifikt vem författare är, förlag, eller ISBN-nummer. Det finns dussintals böcker med namn som "Silicon Valley" (svenska: kiseldalen), och ingen tycks vara rätt, när jag googlar.
Under 60-talet började chipet utvecklas i rekordfart, inte minst på grund av Apolloprojektet. En av Intelgrundarna, Gordon Moore noterade en exponentiell utveckling, formulerad i den "lag" som bär hans namn.
Datorn, 1941
Detta är svårt. När uppfanns datorn? Det enda jag bestämt kan säga, är att det inte var ENIAC som var först. ENIAC var dessutom bara en dator, om man tänjer på gränserna. Nej, riktiga datorer, turingkompatibler, fanns tidigare. Min uppfattning är att Z3 från 1941 var först. Konstruktören var Konrad Zuse, ingenör, konstnär och arkitekt, och ännu en person i historien som är oförtjänt okänd. Zuse var dessutom pionjär när det gäller att kommersialisera datorn. Från början kallades hans modeller för V1, V2 och V3, men detta gav efter kriget obehagliga associationer till rakter med samma etikett. Zuse hade inte något med själva kriget att göra, med vapen eller nazism. Han råkade bara bygga sina datorer under binnande världkrig, i Tyskland. 1938 kom hans första maskin, Z1, vilken var en anvancerad universell reläkalkylator. Z3 stod (mer eller mindre) klar 1941, en maskin med 2400 reläer som hade ett minne om 64 stycken 22-bitarsord. Den var universellt programmerbar, och kunde beräkna allt som kan beräknas med en dator. Den var inte bara först i sitt slag, utan den var pålitlig och kostnadseffektiv. Arkitekturen var en flyttalsprocessor med två register, en hålremsestans och en -läsare. En kontrollpanel, inte helt olik en modern datorterminal, sörjde för användar-input och lite blinkenlights för output. Klockfrekvensen var 5,33 Hz (0,000 005 330 MHz - glöm inte att det är reläer vi talar om), och Zuse rent av konstruerade ett formaliserat system för programmering - Plankalkül, ett programspråk! I slutet av 1990-talet bevisades Z3 vara turingkomplett, vilket gör saken fullständigt klar: Z3 var en dator. Exakt lika mycket dator som en Cray, en PC eller en modern spelkonsol. Varken mer eller mindre, utan en dator. Det rent arkitektoniska som skiljer sig från en modern dator är att programmet inte var lagrat i primärminnet. Mig veterligen var denna först. Charles Babbages mekaniska analysmaskin från 1800-talet kommer visseligen nära, men är mer "en ENIAC" än en riktig dator.
Tyvärr såg den första Z3 aldrig krigets slut. Inkompetens från allierad underrättelsetjäns blandade ihop Z-maskinerna med anläggningar för Vergeltungswaffe-raketer, V-vapnen. Således bombades Zuses maskiner till småbitar. Han överlevde tursamt, och kunde efter kriget fortsätta med sin datorindustri som snabbt blev bland Europas största. Zusedatorer såldes till universitet och forskningsanläggningar över hela Tyskland och företaget frodades till mitten av 60-talet. Zuse lät bygga en fungerande replika av Z3, delvis för att kunna styrka vissa patent. Den finns idag på museum.
"The Life and Work of Konrad Zuse"
http://www.epemag.com/zuse/ Intressant och spännande läsning!
Nästa eller nästnästa år, är det transistorns tur. Även här är årtalet inte givet. Inte ens decenniet, trots den allmänna uppfattningen. Men det är en annan historia.
Om vi med datorer även inkluderar sk analogmaskiner, dvs analoga datorer, måste åldern justerad mellan några decennier till några millenier bakåt, beroende på tycke och smak. Jag är dock måttligt trött på texter som börjar "Redan de gamla grekerna...", så det fick väl bli mitt slut i stället!
Edit: Lade till årtalen tydligt i rubriken. Här kan ni skönja något jag grunnat på länge: Händer det alltid något viktigt år XXX1? Jag har fortfarande inte hittat något med samma dignitet 1951...
http://www.theatlantic.com/national/archive/2012/05/how-the-p...
"If there's a simple lesson in all of this, it's that hoaxes tend to thrive in communities which exhibit high levels of trust. But on the Internet, where identities are malleable and uncertain, we all might be well advised to err on the side of skepticism."
