Les transistors : Comment les transistors ont-ils révolutionné le monde informatique ?

Les transistors :
Comment les transistors ont-ils révolutionné le
monde informatique ?
Le transistor est une des inventions majeures de la
seconde moitié du XXe siècle et il est à l’origine de
l’essor des ordinateurs
Guipaud Albin
Roiron Yohann
2010-2011

Les transistors :
2

Les transistors :
3
Sommaire
INTRODUCTION : ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
1.0 L’ALGEBRE DE BOOLE :----------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1 QUI ETAIT BOOLE ? ------------------------------------------------------------------------------------------------ 5
1.2 PRINCIPE ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.2.1 L’opération NON : ------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
1.2.2 L’opération OU : --------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
1.2.3 L’opération ET : ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 7
Les opérations non fondamentales : --------------------------------------------------------------------------------- 7
1.3 UN EXEMPLE : ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8
TABLEAU DE KARNAUGH ---------------------------------------------------------------------------------------------- 8
2.0 LES TUBES A VIDE -----------------------------------------------------------------------------------------------9
2.1 HISTOIRE -----------------------------------------------------------------------------------------------------------9
2.2 PRINCIPE -----------------------------------------------------------------------------------------------------------9
3.0 LES TRANSISTORS --------------------------------------------------------------------------------------------- 10
3.1 PRINCIPE : --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
3.1.1 Les semis conducteurs ------------------------------------------------------------------------------------------- 10
3.1.2 Le dopage ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11
3.1.3 Diode---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
3.2 LE FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR ------------------------------------------------------------------------- 13
3.2.1 Un transistor bipolaire ------------------------------------------------------------------------------------------ 14
3.3 LES CIRCUITS ELECTRONIQUES : LE CAS DES PORTES LOGIQUES------------------------------------------------- 15
3.4 LOI DE MOORE --------------------------------------------------------------------------------------------------- 17
CONCLUSION --------------------------------------------------------------------------------------------------------19
REMERCIEMENTS -------------------------------------------------------------------------------------------------- 20
SITOGRAPHIE : ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 21
ANNEXE, UTILISATION DE KARNAUGH --------------------------------------------------------------------- 22

Les transistors :
4
Introduction :
Le fonctionnement des ordinateurs d’aujourd’hui est basé sur l’utilisation d’éléments simples,
ne pouvant adopter que deux états : ouvert ou fermé, vrai ou faux, conducteur ou isolant,
0 ou 1.
George Boole a créé, en 1854, une algèbre dite binaire (reposant sur deux états), permettant la
réalisation de calculs avec ces éléments binaires.
La complexité des calculs réalisables et la puissance de la machine ne dépend que des nombres
d‘éléments que l’on peut disposer dans un volume donné.
Ces éléments binaires peuvent être réalisés grâces à plusieurs technologies : hydraulique,
mécanique, électronique…
Mais c’est l’électronique qui sera utilisé, pour diverses raisons, dont notamment sa petite taille.
La création des transistors est due à une accumulation de découvertes
pour la plupart effectuées par les Américains. En effet, le premier
amplificateur fut créé en 1906 par Lee de Forest, qui améliorera sa
création en 1908 en créant la première triode.
Sa création fut à la pointe de la technologie jusqu'en 1920 où les
Américains brevetèrent le premier tube à vide qui a permis la création
d'hyperfréquences.
Mais ce n'est qu'en 1947 grâce aux avancées scientifiques et
notamment grâce à une meilleure compréhension de la mécanique
quantique, que l’on assiste à une rupture technologique, avec la
découverte des transistors constitués de semi-conducteurs. Et enfin,
c'est en 1952 qu'apparaissent les premiers appareils avec des transistors.
En 1956, John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain reçurent
le prix Nobel de physique pour leur invention du transistor.
Pour une meilleure compréhension, avant d’arriver au transistor lui-même et à son
fonctionnement nous aborderons l’algèbre de Boole, puis nous parlerons des tubes
électroniques qui ont précédés les transistors dans d’énormes ordinateurs.
Première triode

Les transistors :
5
1.0 L’algèbre de Boole :
1.1 Qui était Boole ?
George Boole est un logicien, mathématicien et philosophe britannique. Toute sa vie il a
cherché à améliorer le monde de la physique : en 1844, après la publication d'un mémoire
d'analyse dans les Philosophical Transactions, la Royal Society lui décerne une médaille.
En 1854, Boole développe une nouvelle forme de logique, à la fois symbolique et mathématique
permettant de traduire des idées et des concepts en équations, de leur appliquer certaines lois
et de retraduire le résultat en termes logiques. Pour cela, il créa une algèbre binaire n'acceptant
que deux valeurs numériques : 0 et 1. Cette algèbre est définie par la donnée d'un ensemble E
(non vide) muni de deux lois de composition interne le ET et le OU. Le NON n’apparaîtra que
quelques années plus tard.
.
1.2 Principe
L’algèbre de Boole se base sur des fonctions logiques dites combinatoires. Cette algèbre analyse
et agit en fonction des différentes entrées. Il n’y a, ici, aucune influence de l’horloge,
contrairement aux systèmes dits séquentiels.
Les fonctions logiques combinatoires sont la base de l’informatique et de l’électronique
moderne, et sont principalement utilisées sous forme de porte logique regroupant un
ensemble de transistors.
Les opérations fondamentales sont au nombre de 3 : ET, OU, NON.
Ces opérations sont représentables par un tableau de vérité montrant l’état de la ou des sorties
en fonction de la valeur des entrées
L’exemple ci-dessous montre un traitement par l’algèbre de Boole sur deux ensembles A et
B :
Ensemble A
Ensemble B