A Abstração Materializada – O transístor
O computador é uma máquina que só entende o estado ligado ou desligado de um circuito. Ele não sabe o que são isso de portas lógicas, álgebra de Boole ou tudo o que nós inventámos para simular o seu comportamento. Por isso mesmo lhe chamámos até agora abstrações matemáticas.
Então, se o computador não as entende, para que servem as ditas abstrações?
É aqui que entra o fundamento do título do Capítulo. Vamos tentar encontrar a forma de, com circuitos elétricos, poder simular em estados de com tensão ou sem tensão as abstrações de que falámos antes correspondentes aos estados lógicos de 1 ou 0 ou à dualidade filosófica verdadeiro ou falso. E estes estados dos circuitos elétricos já são entendidos pelo computador. Eles são a materialização da abstração lógica.
Para conseguir esta materialização, nestes circuitos elétricos vamos ter que utilizar interruptores que, com os seus estados de ligado ou desligado permitirão ou não a passagem da corrente elétrica nos seus circuitos, condição que, como veremos, irá simular o comportamento das portas lógicas da nossa abstração.
Mas para isso vai ser necessário que alguém ligue ou desligue os interruptores conforme o comportamento que em cada situação for pretendido para a dita porta lógica. Pois, realmente era assim que se fazia com os primeiros computadores que foram construídos. Alguém ligava ou desligava grandes contactores que estabeleciam ou não a comunicação entre os dois polos do interruptor. Seria engraçado ver o pobre coitado a correr de um lado para o outro, todo suado, a engatar e desengatar engrenagens.
Pois, era assim, mas agora já não é. Para isso foi inventado um interruptor que o próprio computador liga e desliga conforme a sua necessidade e o comportamento que pretende simular para cada porta lógica. A esse interruptor chama-se Transístor e é construído num material a que se chama semicondutor. Semicondutor, porque pode alternadamente assumir o comportamento de um condutor pleno ou de um poderoso isolante. Como é isso? Normalmente, todos os materiais que conhecemos ou são condutores ou são isolantes ou são assim assim.
E este também é. Concretamente é isolante. Mas, após a injeção de átomos ionizados com cargas que desequilibram a sua estrutura atómica positivamente ou negativamente, o que este material permite e aceita, através da introdução de campos elétricos conseguimos torná-lo condutor ou isolante, conforme pretendermos em cada situação. O material de que estamos a falar é o Silício, e obtém-se a partir de um dos materiais mais abundantes sobre a Terra, a areia.
É este interruptor, o Transístor, que está na base do crescimento da Ciência da computação e do computador. Cada vez se fabricam transístores mais pequenos. O seu fabrico entrou no campo da Nanotecnologia, a tecnologia que trabalha em nanómetros. Um nanómetro é assim como um pequeno grão de areia quando comparado com um metro que será assim como os 1.000 Km da costa Portuguesa. Um transístor atual tem dimensões de cerca de 22 nanómetros.
Os Transístores são integrados em circuitos elétricos que simulam as portas lógicas. As portas lógicas são integradas em circuitos em que se interligam com o fim de cumprirem determinadas funções. A estes agora gigantescos circuitos assim criados por sucessivas interligações (a complexidade não é mais que a soma das mais elementares simplicidades) em que os transístores se integram, chamamos Circuitos Integrados.
Vamos mostrar como é fabricado um circuito integrado, para que melhor se possa entender o comportamento dos transístores como interruptores que se ligam ou desligam conforme se aplica ou não tensão num seu componente. Vamos mostrar em que consiste e como se obtém o comportamento do silício que permite fazer do transístor um interruptor.
Depois vamos integrar os transístores em pequenos circuitos simples e compreensíveis, com fins meramente didáticos, que simulam eletricamente o comportamento de cada porta lógica. Com estes circuitos vamos simular o comportamento de portas lógicas como NAND, NOR e NOT, as mais simples e básicas em termos de construção elétrica e a partir das quais se podem obter todas as outras e portanto todos os circuitos de um computador. Vamos construir as restantes portas lógicas AND, OR, XOR e XNOR, evidenciando como são constituídas por combinações das primeiras.
Depois deste Capítulo teremos entendido como é que o nosso raciocínio matemático convertido em circuitos lógicos se pode converter em circuitos digitais eletrónicos entendíveis pelo computador. Estamos em condições de prosseguir.
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