Computer groeit almaar kleiner Micro processor luidt nieuw tijdperk in Van masker tot IC-chip Een boeiende serie over de onbekende, onbegrepen, angstaanjagende ontwikke ling van de "chip" Met verhalen van Klaas Goïnga, Theo Leoné, Jef Lousberg en Henk Volmer. DEN HAAG Je ziet in ons land nog maar zelden kinderen rekenen met behulp van het al vele eeuwen voor Christus in China bekende telraam. Zij doen dat tegenwoordig steeds meer met de nog geen tien jaren geleden ontwikkelde zakrekenmachine. Dit apparaatje verwerkt, evenals andere computers, vrijwel zonder tussenkomst van de gebruiker (automatisch) elektronisch gegevens (informatie). Het is bovendien een goed voorbeeld van het streven naar steeds kleinere, meer ingewikkelde en toch goedkopere rekenautomaten. Uil plakken silicium (boven) worden schiiljes met geïntegreerde schakelingen (IC-chips) gemaakt. Elke chip wordt op een houder gemonteerd. Afhankelijk van de schakeling wordt de IC- chip in verschillende produkten toegepast. "•VV".- A iW&v** )u fcuuuipin üyvutai i;inSn&iA0 wmm In de komende tien jaren wordt de zoge noemde single-chip-computer verwacht. Dat is een veelzijdig, volledig rekentuig met een enorm arbeidsvermogen, zetelend in één schijfje (chip) silicium (ofwel zand) van slechts vijftig vierkante millimeter en zeer laag in prijs. Voor zeer eenvoudige toepassingen bestaan er trouwens al één- chip-microcomputers. Een computer gebruikt doorgaans in plaats van het tientallig stelsel (nul tot en met negen) het tweetallig stelsel (alleen de nul en de één). Dit binaire systeem is na melijk gemakkelijk elektrisch te vertalen. De één komt overeen met een openstaan de, stroom doorlatende ofwel geleidende schakelaar. De nul met eén dichtstaande, stroom blokkerende en ofwel niet-gelei- dende schakelaar. Alle cijfers, letters, andere leestekens en samenstellingen daarvan kunnen, eenmaal vertaald in het tweetallig stelsel, worden vastgelegd in een geheugen in en buiten de computer. Het getal ,,6" in het decima le systeem, bijvoorbeeld, wordt in binaire vertaling „0110" en de letter „d" wordt „110100". Eerste generatie De informatie die zegt wat de computer moet doen (instructies en gegevens) wordt in een geheugen opgeslagen in de vorm van een serie nullen en enen met een be paalde lengte; een reeks binaire cijfers, of wel bits. Een specifiek aantal bits vormt een woord. Dé lengte van zo'n woord hangt af van de wijze waarop de computer is georganiseerd. Grote rekenautomaten werken met woorden van 16, 32 of 64 bits, minicomputers met 8, 12 of 16 bits en mi crocomputers met 4, 8 of 16 bits. Een van de eerste echte computers, de Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC), kwam in 1946 in de Verenigde Staten van Amerika gereed. De ENIAC deed over een vermenigvuldiging van twee getallen van tien cijfers 2,8 milliseconden. Deze dertig ton wegende „stamvader" van de zogenoemde eerste computergeneratie had een stroomverbruik van 150 kW en nam een aardig zaaltje in beslag. Alleen al de centrale verwerkingseenheid, met zijn werkgeheugen, besturings-, reken- en beslissingsgedeelte had de omvang van een grote kast. De ENIAC bevatte voor de versterkerfuncties 18.000 forse, maar kort levende vacuümbuizen. De warmte, die deze in 1907 uitgevonden „radiolampem" uitstraalden, moest via schoorstenen worden afgevoerd. Tweede generatie In 1947 werd in de VS ontdekt, dat een plaatje monokristallijn silicium door het inbrengen van vreemde atomen van positief en negatief geladen gebiedjes kon worden voorzien. (Silicium geleidt stroom beter dan glas, maar niet zo goed als metaal en heet daarom een halfgeleider). Het elektron kon voortaan worden beheerst in zeer goedkoop materiaal (zand) in plaats van in een veel kosten vergend vacuüm (luchtledige). De transistor zag het licht en zou na 1955 de versterkerfunctie van de vacuümbuis steeds meer gaan overnemen. De transistor, die de tweede computergeneratie opleverde, was namelijk kleiner, lichter, betrouwbaarder en gebruikte minder elektriciteit dan de „radiobuis". Derde generatie Sinds 1958 werden overigens niet alleen transistors met halfgeleidertechnieken gemaakt, maar ook andere onderdelen (componenten) zoals weerstanden en condensatoren. Een jaar later leidde dat tot de produktie van zogenoemde geïntegreerde circuits, kortweg IC's. Omvangrijke schakelingen, waarin vroeger de verschillende onderdelen aan elkaar moesten worden gesoldeerd, konden in één enkel silicium-plaatje worden uitgevoerd. De geboorte van de derde computergeneratie was een feit. Een van de nakomelingen werd de rekenautomaat met bescheiden afmetingen voor beperkte doeleinden: de minicomputer. Intussen bleek, dat schakelingen met grote „elektronische inhoud" alleen dan voor een aanvaardbare prijs konden worden gemaakt als het totale oppervlak van elke afzonderlijke IC zo ingewikkeld en klein mogelijk was en toch in massa kon worden gefabriceerd. Daarbij komt nog de wetenschap dat de snelheid waarmee de schakelingen kunnen werken toeneemt als de afmetingen van die schakelingen afnemen. Microprocessor In 1968 slaagde men er In om in een chip van minder dan een halve millimeter dikte niet alleen naast maar ook ónder elkaar allerlei onderdeeltjes onder te brengen. Voorts waren toen al heel wat kleinere computers voor speciale toepassingen (minicomputers) gebouwd. Door de vruchten van deze ontwikkelingen op het niveau van componenten en systemen bijeen te voegen lukte het Ted Hoff en Frederico Faggin van het Amerikaanse bedrijf Intel, tijdens een Japanse opdracht voor zakrekenmachines, in 1971 met onder meer 2.250 transistors in één chip een centrale verwerkingseenheid te bouwen met bijna dezelfde capaciteit als die van de oude reus ENIAC. Bovendien was deze eenheid, en dat was het belangrijkste, in principe bruikbaar voor elke denkbare manier van automatisering. Er was namelijk een combinatie gemaakt waarbij de functie van een schakeling werd vastgelegd in het geheugen en de uitvoering van die functie werd gerealiseerd in een gestandaardiseerd ontwerp. De microprocessor, zo werd zijn naam, kon zijn stormachtige opmars beginnen. Microcomputer Voorzien van communicatie-schijfjes om met de buitenwereld te „praten" en van geheugen-chips voor het vastleggen van gegevens leidde de microprocessor tot de microcompi/ter. Door een invoereenheid (bijvoorbeeld een toetsenbord), een uitvoereenheid (bijvoorbeeld een beeldscherm) en eventueel een extern geheugen (bijvoorbeeld een magneetband) aan de microcomputer te koppelen ontstond het microcomputersysteem. De oudere, maar nog niet verouderde, minicomputer verwerkt met onveranderbare geïntegreerde schakelingen één bepaalde toepassing of een serie kleinere toepassingen. De microcomputer kan dat doen m'et zijn veranderbare microprocessor. Het grote verschil tussen de minicomputer en de microcomputer is dat de eerste werkt met geïntegreerde schakelingen die niet of zeer moeilijk zijn te wijzigen en de tweede met een microprocessor die gemakkelijk veranderingen in eigenschappen toelaat. Zonder dat er een soldeerbout aan te pas komt kunnen aan de microcomputer snel en goedkoop extra functies worden toegevoegd door alleen maar het besturingsgeheugen van een andere programmering (set instructies) te voorzien. Andere voordelen zijn onder meer: een nog kleinere behuizing, lager energieverbruik, minder kabels, stekers en onderhoud, en nog grotere betrouwbaarheid. Silicon Valley Het in 1968 gestichte Intel-bedrijf, dat voor de eerste microprocessors zorgde, ligt in een streek ten zuiden van San Francisco in de Amerikaanse staat Californië. Rondom de Stanforduniversiteit aldaar is een gebied van een kleine tweehonderd vierkante kilometer met ruim veertig elektronische firma's waarvan vele, die nu een miljoenenomzet hebben, zijn begonnen in een garage of kleine loods. Officieel heet dit centrum van de micro- elektronica Santa Clara County, maar in computerkringen wordt het Silicon Valley (Zandvallei) genoemd. Mede dank zij de nauwe contacten, de enorme onderlinge concurrentie, een goede financiële infrastructuur en stimulering door de overheid, wisten de vele ontwerpers in Silicon Valley steeds betere en goedkopere microprocessors te maken en daarmee een vooraanstaande plaats in de elektronische industrie te veroveren. Dit i9 geen plattegrond van een stad, maar een computer op één schijfje silicium van Intel uit 1976. De chip bevat naast de centrale verwerkin gseenheid (onregelmatige structuur) ook geheugen ruimte (regelmatige vakjes). In werkelijkheid is deze nog eenvoudige single-chip-mi- crocomputer ongeveer zo klein als dë nagel van een pink. Vooral dank zij de geïntegreerde schakelingen (IC's) in schijfjes silicium (chips) werd het mogelijk krachtige „hartjes" (microprocessors) voor zeer kleine en goedkope rekenautomaten (microcomputers) te maken. Een standaardmethode om IC-chips, met hun tienduizenden transistors, weerstanden en andere onderdelen en •verbindingen te maken, is in het kort als volgt. Een gewenst patroon van tienduizenden lijntjes wordt op grote schaal getekend en overgebracht op een fotografische plaat. Deze wordt sterk verkleind en gekopieerd op een gemetalliseerde glasplaat, het zogenoemde moedermasker. Van het moedermasker wordt een aantal kopieën gemaakt, de werkmaskers die bij de fabricage worden gebruikt. Intussen is een ronde plak silicium (wafer) met een middellijn van ongeveer tien centimeter bedekt met een laag 8iliciumoxide en die weer met een lichtgevoelige lak. Door de vaak honderden, identieke werkmaskers te belichten worden de hierop aanwezige patronen op de laklaag overgebracht. De belichte plaatsen op deze laag ondergaan een scheikundige verandering waardoor zij oplosbaar worden en de onderliggende oxidelaag vrijkomt. Vervolgens wordt in een etsbad het blootliggende oxide opgelost. Nadat de resterende lak is verwijderd, verkrijgt men een siliciumplak met een oxidelaag waarin putjes zijn geëtst volgens de patronen van de maskers. De randen van die putjes bestaan uit siliciumoxide, de „bodems" uit silicium. In die „bodems" worden vreemde atomen ingebracht. Het proces wordt, telkens met andere maskers, herhaald totdat de complete IC's gereed zijn. Nadat de wafer in stukjes van enkele vierkante millimeter is gesneden, zijn vele honderden chips met dezelfde geïntegreerde schakelingen ontstaan. Elke chip wordt op een houder gemonteerd en kan dan, afhankelijk van de soort schakeling die is gemaakt, specifieke functies vervullen. Het van het aantal schakelingen afhankelijke vermogen van de microprocessor neemt snel toe. De huidige microcomputer kan zich al meten met de minicomputer van zo'n vijf jaren geleden en met de grote computer van de eerste helft der zestiger jaren. Men is nu al in staat 65.000 componenten; in één chip te brengen. Verwacht wordt dat uiteindelijk schijfjes silicium met 2,5 miljoen transistors per vierkante millimeter kunnen worden vervaardigd. De prijs van de microprocessor daalt voortdurend; vooral door de massaler wordende produktie van dit kleine wonder der techniek. Kostte hij omstreeks 1974 gemiddeld 250 gulden, thans is hij verkrijgbaar voor enkele tientjes. Voor eenzelfde computervermogen moest twintig jaren geleden ruim twee miljoen gulden worden neergeteld. Toepassingen Naarmate de microcomputer meer kan voor een lagere prijs wordt het steeds aantrekkelijker menselijke en mechanische arbeid te vervangen door elektronische automaten. Verwacht wordt, dat de toepassing van de microcomputer in huishoudelijke apparaten in de tachtiger jaren stormachtig zal toenemen. Machines voor de (af)was met microcomputers, die onder meer het energie- en waterverbruik strak in toom houden, zijn er al. Maar zij kosten een paar lieve centen. Hetzelfde geldt voor de door de microcomputer bestuurde ijskast,.vrieskist, droogtrommel, centrale verwarming, airconditioning, huistelefooncentrale, alarminstallatie, oven, radio, televisie, grammofoon, taperecorder, koffiepot, deurbel, naaimachine en gordijnensluiter. Op de spelletjesmarkt lopen de zaken gesmeerder. Televisiespelen zoals voetbal; en tennis, tankslag, autocoureur, en automaten die je telkens via verwisselbare' cassettes programmeert voor een ander spel. Ook speelgoed zonder televisie zoals de schaakcomputer, het raket- en het duikbootspel. Personal computer Verder zijn er bouwdozen voor hobbyisten die zelf een microcomputersysteem willen bouwen dat afgestemd is op hun persoonlijke wensen. Het grote probleem bij deze personal computer is evenals bij microcomputers in het algemeen het maken van de gewenste programmeersystemen. Het kenmerk van de personal computer, die ook kant-en-klaar te koop is, is dat hij bedoeld is voor gebruik op individuele basis. Een architect kan hem aanwenden voor zijn ontwerpen, een arts voor zijn patiëntenbestand, een scholier voor zijn aardrijkskunde en ouders voor hun huishoudelijke administratie (home computer). Er zijn ook al met microcomputers uitgeruste auto's die alleen al door een elektronisch bestuurde ontsteking tien procent minder benzine verbruiken. Verder automatische lasmachines, draaibanken en allerlei automatische meet-, test- en regelapparatuur. In ondernemingen wordt 6teeds meer tekst (administratie, brieven, rapporten, nieuwsberichten en dergelijke) elektronisch geschreven, verwerkt en bewaard al dan niet met behulp van beeldschermen. Ook zijn er al programmeerbare zakrekenmachines die kunnen worden uitgerust met randapparatuur, bijvoorbeeld met een drukmachientje (printer) en elektronische polshorloges, die naast de functies van (verjaardags)kalender, stopwatch en wekker die van een rekenmachine kennen Het staat als een paal boven water, dat de toepassing van microcomputers ingrijpende maatschappelijke gevolgen za hebben. Jongeren zullen daarop beter zijn voorbereid als zij onder meer hebben geleerd met microcomputers om te gaan.

Historische Kranten, Erfgoed Leiden en Omstreken

Leidse Courant | 1979 | | pagina 20