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Der Transistor und seine Anwendungen in der Digitaltechnik

Alexander Toifl ist der Preisträger des heurigen Haschkowitz – Preises. Diesen Preis erhielt er aufgrund der ausgezeichneten Fachbereichsarbeitin Physik. (06.06.12)



Als ich im Sommer 2011 ein Praktikum an der FH St.Pölten am Institut für IT-Sicherheitsforschung absolvieren konnte, stellte sich für mich nach intensiver Beschäftigung mit Computern die Frage, was die Grundbausteine eines Computers sind. Die Suche nach der Antwort führte mich direkt auf das entscheidende elektronische Bauelement: den Transistor. Ich beschloss, mich mittels einer Fachbereichsarbeit mit diesem näher zu beschäftigen.
Der Transistor zeichnet sich durch seine zwei Anwendungsmöglichkeiten aus: als Verstärker (z.B. Gitarrenverstärker) und als Schalter. Letzterem habe ich mich nach der Behandlung der Grundlagen der Halbleiterphysik und elektrotechnischen Eigenschaften der Halbleiterbauelemente besonders gewidmet. Denn als Schalter eingesetzt, kann man mit dem Transistor digitale Schaltungen realisieren.
Der praktische Aufbau digitaler Schaltungen war ein wesentlicher Bestandteil meiner Arbeit für die Fachbereichsarbeit. Die Realisierung eines NAND-Gatters, das der Grundbaustein einer digitalen Schaltung ist, war der Ausgangspunkt.
Die Verknüpfung einer großen Anzahl von Gattern führt zu komplexeren Schaltungen. Um die nötigen Berechnungen durchführen zu können, habe ich ein eigenes Computerprogramm mit der Programmiersprache C++ entwickelt. Dieses half mir einen Codewandler und einen Addierer zu bauen. Der Codewandler (s. Bild), der aus mehr als 8m Draht besteht, übersetzt eine Dualzahl (sie besteht nur aus 0 und 1) in eine gewöhnliche Dezimalzahl. Der Addierer berechnet die Summe zweier einstelliger Zahlen.
Sowohl der Addierer als auch der Codewandler demonstrieren, dass sich mithilfe des Transistors zwei für einen Computer wichtige Aufgaben bewerkstelligen lassen: das Rechnen und das anschließende Ausgeben der Ergebnisse. Damit bin ich meiner anfangs gestellten Frage nach den Grundbausteinen eines Computers ein großes Stück näher gekommen.

Alexander Toifl