Flip-flops per a l'estiu

Aquest juny passat es van celebrar els 100 anys de la invenció del primer flip-flop electrònic per part de dos investigadors britànics: William Eccles i F.W. Jordan. Aquesta invenció és, en part, la base de la revolució microelectrònica que ens ha envoltat de dispositius cada cop més ubics.

Un flip-flop és un dispositiu electrònic que pot guardar un estat o bit (voltatge alt o voltatge baix, 1 o 0, encès o apagat) i, per tant, és un element bàsic de memòria, necessari per guardar informació. 

Originalment es va construir amb els dispositius disponibles a l’època, bàsicament vàlvules de buit i resistències. Reconstruccions modernes com la de la Figura 1 ens mostren la mida que tenia el dispositiu, i això per guardar només un bit d’informació!

Figura 1. Reconstrucció moderna del primer flip-flop (Foto: Richard Brewster)

Dispositius com el flip-flop s’usen dins els computadors per emmagatzemar valors, números, variables per tal de poder realitzar els càlculs. També s’usen per implementar les màquines d’estats, que és la part del computador que va indicant a la resta dels components què fer a cada moment. És, per tant, una part importantíssima d’un computador i un dels seus principals components.

Els primers computadors utilitzaven flip-flops fets amb vàlvules de buit i és per això, en part, que la mida era la que tots hem vist a fotografies, més similar a un conjunt d’armaris omplint una habitació que no pas el que estem acostumats ara (l’ENIAC ocupava 167 m² i pesava 27 tones).

A finals dels anys quaranta es va inventar el transistor, que és un dispositiu equivalent a les vàlvules de buit però molt més petit i senzill de fer servir. Construir un flip-flop amb transistors permetia reduir considerablement la seva mida i consum. I així, a poc a poc, es va anar reduint la mida i el pes dels computadors alhora que incrementaven la seva capacitat.

La següent revolució va ser la de poder inserir tot de transistors en una sola peça de silici, el que ara coneixem com a xip. Els primers xips podien tenir 2 o 4 transistors, després 16 o 20, després 100 o 200, fins a arribar al 1971 quan Intel va presentar el 4004, que es considera el primer ordinador integrat dins un sol xip. Aquest xip contenia uns 2.300 transistors i prop de 150 flip-flops dins un xip de 12 mm².

Aspecte dels primers Intel 4004. Per Thomas Nguyen [CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], de la Wikimedia Commons

Quaranta anys després, els processadors actuals es fabriquen amb més de 19 mil milions de transistors en un sol xip de fins a 768 mm². I és que la tecnologia de fabricar xips ha evolucionat d’una forma espectacular, permetent, en part, la revolució dels ordinadors de la segona meitat del segle XX i els inicis del segle XXI.

Per saber-ne més

• Recreant el primer Flip-flop
• Viquipèdia
• La creació del primer microprocessador (en anglès)