1) Von Neumann e Valvole termoioniche

       L'architettura di  Von Neumann     

Volendo parlare degli elaboratori elettronici, non possiamo non citare il fatto che la loro struttura interna , dal punto di vista logico , deriva dalla cosiddetta " architettura di Von Neumann (1945) " un matematico ungherese .  Lo studio dei fenomeni atomici e la loro simulazione necessitavano di una quantità enorme di calcoli. Per questo , diversi scienziati , in tutto il mondo , stavano rializzando calcolatori , sfruttando la caratteristica delle valvole termoioniche  di agire come interruttori di corrente , per questo vi era bisogno di rappresentare grandezze in codice binario. I circuiti dei calcolatori esistenti venivano " montati " e "collegati " in modo da poter effettuare un'altra sequenza  di operazioni , sarebbero stati necessari giorni e giorni di lavoro per smontarli e montarli diversamente . Si era , quindi , alla ricerca di qualcosa  di meno macchinoso e rigido : la gara era tesa alla scoperta di una macchina veramente programmabile. Von Neumann propose una struttura molto semplice , che è poi quella che troviamo nei nostri PC. 

Secondo Von Neumann, gli elementi essenziali  di un calcolatore programmabile sono :

• l'unità di controllo , che  controlla la sequenza delle operazioni perché avvenga in maniera corretta .
• l'unità aritmetico-logico, (detta ALU, aritmetic logic unit ), che esegue le operazioni di tipo aritmetico logico.
• l'accumulatore, unità di memoria collocata all'interno dell 'ALU , in  grado di ricevere le informazioni dall' esterno ( imput o/e output ).
• la memoria, alla quale doveva essere possibile accedere in tempo brevissimo per recuperare i dati e il programma in essa contenuti .

Dall'esterno attraverso il canale imput , vengono caricati i dati e il programma ; l'unità di controllo passa una instruzione alla volta all'ALU ,insnsieme ai dati su cui opera. I risultai intermine vengono posti in memoria, in un altra area , ed il ciclo continua fino a quando il risultato finale viene presentato al mondo esterno attraverso il canale di output .

Le valvole termoioniche :
La valvola termoionica (o tubo a vuoto) è stato il primo componente elettronico "attivo" realizzato dall'uomo. Per "attivo" si intende un componente che, grazie ad una fonte esterna di energia, fornisce in uscita un segnale di potenza amplificato. Il funzionamento di massima è semplice: la corrente passa fra due elettrodi: l'anodo ed il catodo. A seconda della tensione a cui sono poste alcune parti metalliche (griglie) frapposte tra i due elettrodi, il catodo emette elettroni per effetto termoionico, cioè per riscaldamento.
Poiché il flusso di corrente è dovuto agli elettroni (non a ioni), taluni chiamano il dispositivo valvola termoelettronica.
Sino agli anni sessanta, tubi termoionici di vari tipi venivano impiegati in quantità in apparecchiature elettroniche quali ricevitori e trasmettitoriradio, televisori ed in generale in tutti i tipi di amplificatori di segnali elettrici. Anche i primi calcolatori elettronici furono realizzati interamente mediante tubi termoionici. L'invenzione della valvola termoionica rese possibile il passaggio dalla radiotelegrafia alla radiofonia, poiché, amplificando i segnali elettrici, permetteva di trasmettere non più solo impulsi telegrafici, ma anche voci e suoni, inaugurando così l'era deimass media.
Sebbene oggi i transistor, nelle loro varie forme e tipologie, abbiano soppiantato le valvole in quasi ogni applicazione, esse restano gli unici mezzi per amplificare segnali a potenze molto alte, dell'ordine del kilowatt o superiori, e per particolari apparati audio di alta fedeltà. I fotorivelatori a semiconduttore possono essere vantaggiosamente impiegati al posto dei fotodiodi a vuoto in presenza di esposizione a radiazioni ionizzanti, poiché ne risultano immuni.
Un tubo a vuoto, il magnetron, è presente in ogni comune forno a microonde. Anche il tubo catodico dei televisori non è altro che un particolare tipo di tubo termoionico.
Il tubo termoionico è costruttivamente simile alla comunissima lampadina, infatti non è altro che un involucro di vetro (in alcuni modelli è di metallo o di ceramica) nel quale è praticato il vuoto contenente un filamento metallico portato all'incandescenza (tra i 1.000 ed i 3.000 °C) facendolo attraversare da una corrente elettrica. A differenza della lampadina contiene uno o più elementi metallici (a forma di griglia o di schermi), collegabili dall'esterno. Il filamento metallico, o meglio un tubicino metallico che lo avvolge, è chiamato catodo, l'elemento metallico più esterno è chiamato anodo. Eventuali elementi intermedi sono chiamati griglie di controllo.
Il principio di funzionamento del tubo termoionico è quello dell'emissione termoionica: ogni metallo, soprattutto ad alte temperature, emette elettroni, cariche elettriche elementari di segno negativo. Se il catodo è polarizzato negativamente rispetto all'anodo, ovvero se il catodo è collegato al polo negativo di una batteria e l'anodo a quello positivo, si stabilirà un flusso di elettroni, ossia una corrente elettrica, tra catodo e anodo (perché gli elettroni vengono attratti dall'anodo). Se la polarizzazione è opposta, nessuna corrente elettrica passerà tra catodo ed anodo, perché l'anodo respingerà gli elettroni. Il risultato è quello di un dispositivo in grado di far passare la corrente in un solo senso, detto rettificatore oppure diodo.
Nei primi tipi di valvola, il catodo era a riscaldamento diretto, ossia il catodo era costituito dal filamento stesso. Il sistema venne abbandonato, visti i problemi legati alla necessità di far lavorare i catodi a tensioni diverse (vedi valvole multiple, doppi triodi, triodi-pentodi). Il compito di scaldare il catodo è oggi affidato a un filamento simile a quello delle lampadine a bassa tensione, inserito all'interno di un tubetto in lega di nichel rivestito di elementi che favoriscono l'emissione elettronica (ossidi di bario e stronzio), che costituisce il catodo. Questa soluzione, detta a riscaldamento indiretto, consente inoltre di alimentare i filamenti di differenti valvole di un'apparecchiatura con una fonte comune, solitamente un avvolgimento secondario apposito di un trasformatore. Il collegamento tra i filamenti può essere in serie o in parallelo.
Se tra catodo ed anodo viene posta una griglia metallica, è intuitivo che se questa è polarizzata positivamente rispetto al catodo, ma meno dell'anodo, gli elettroni emessi dal catodo vi saranno attratti e quindi passeranno attraverso le maglie della griglia per raggiungere l'anodo. Contrariamente, se la griglia è polarizzata negativamente, questa respingerà gli elettroni provenienti dal catodo. Pertanto applicando una tensione variabile tra catodo e griglia, si otterrà un passaggio di corrente tra catodo ed anodo che seguirà, amplificandolo, l'andamento del segnale alla griglia. L'effetto risultante è quello di un'amplificazione di corrente ed un tubo termoionico siffatto si dice triodo.
Il triodo e le sue varianti (tetrodo, pentodo, eptodo, ecc. così chiamati all'aumentare delle griglie di controllo) sono stati i primi dispositivi elettronici fondamentali per l'amplificazione dei segnali elettrici, agli albori dell'elettronica, compiendo quelle funzioni oggi quasi interamente realizzate dai transistori.