计算机发展和电路变革

计算机发展和电路变革姓名：李欣学号：6100411097班级：电三113学院：信息工程学院[摘要]计算机发展史的分界线有很多不同的标准，本文阐述了电路变革对计算机的发展的重要作用，详细介绍了以电路变革为标志的计算机发展历程，并以电路的发展推测未来计算机的发展趋势，加深读者对电路变革的理解以及其对科学进步的重要性的认识，引发读者对计算机等科学技术的进一步的思考。

[关键词]计算机发展史；ENIAC；晶体管；集成电路计算机的发展是一部短暂却扣人心弦的历史。

看这部历史，可以从许多角度切入，比如从技术发展看，可以从1946年拙笨而庞大的ENIAC一直源溯到今天快速而灵巧的PⅡ；比如也可从公司演变看，从IBM的大型机时代到DEC的小型机时代，以及Apple的个人电脑时代，知道当今如日中天的网络时代；当然我们还可以从计算机的普及历程来看，从玻璃屋神秘的大机器，到走入企业机构的信息工具，到今天迅速向家庭扩张的娱乐工具......[3]多年来，人们更认同以计算机物理器件的变革，即电路变革为标志，把计算机的发展划分为四代，如下所示：1.第一代计算机（1946年—1958年）第一代称为电子管时代，代表物为电子管计算机，其基本特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件，运算速度仅为每秒几千次到几万次，内存容量很小，在这个时期，没有系统软件，用机器语言和汇编语言编程，计算机只能在少数尖端领域中得到运用，一般用于科学，军事和财务等方面的计算[1]。

说起电子管的发明，我们首先得从“爱迪生效应”谈起。

[3]爱迪生这位举世闻名的大发明家，在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。

结果，他发现了一个奇怪的现象：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。

他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为“爱迪生效应”。

后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。

但最先预见到这一效应具有实用价值的，则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。

弗莱明的二极管在实验室中工作的非常好，但在实际用于检波器上却不很成功，因此对当时的无线电发展没有产生什么冲击。

此后不久，美国发明家德福雷斯特在二极管的灯丝和板极之间加了一个栅板，从而发明了第一支真空三极管，它不仅反应更为灵敏，能够发出音乐和声音的震动，而且集检波，震荡和放大三种功能于一体，很多人都将三级管的发明看做是电子工业诞生的真正起点。

电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展。

电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户．就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力。

第一台电子计算机ENIAC1946年在美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院研制成功。

[1]其研制费用约50万美元，共使用了1.8万只电子管，7万只电阻，1万只电容，耗电量为180千瓦，占地面积为170平方米，总重量达30吨，运算速度每秒5000次，虽然其功能还不如现在一台几十美元的可编程计算器，但是在当时的历史条件下确实是一件了不起的大事。

这台计算机的问世，标志着电脑时代的开始。

但是，不可否认，电子管十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂．因此，电子管问世不久，人们就在努力寻找新的电子器件。

第二次世界大战中，电子管的缺点更加暴露无遗。

在雷达工作频段上使用的普通的电子管，效果极不稳定。

移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障。

因此，电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家，集中精力，迅速研制成功能取代电子管的固体元器件。

后来电子管被替代，电子管的替代产品叫晶体管。

2．第二代计算机（1958年—1964年）第一代称为晶体管时代，代表物为晶体管计算机，其基本特征是采用晶体管作为计算机的逻辑元件，外部设备开始改善，外存储器有了磁盘，磁带，外设种类有所增加。

[1]运算速度每秒几十万次到上百万次，内存容量增加了很多。

在这个时期出现了高级程序设计语言，如ＦＯＲＴＲＡＮ，ＣＯＢＯＬ，ＡＬＧＯＬ等。

与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积更小，造价更低，可靠性及功能更强，应用得到进一步推广，除完成科学计算外，还用于数据处理和事务管理。

1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC），装有800个晶体管。

1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人。

布拉顿早在1929年就开始在这个实验室工作，长期从事半导体的研究，积累了丰富的经验。

他们经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。

布拉顿发现，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。

微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影响，这就是“放大”作用。

布拉顿等人，还想出有效的办法，来实现这种放大效应。

他们在发射极和基极之间输入一个弱信号，在集电极和基极之间的输出端，就放大为一个强信号了。

在现代电子产品中，上述晶体三极管的放大效应得到广泛的应用。

巴丁和布拉顿最初制成的固体器件的放大倍数为50左右。

不久之后，他们利用两个靠得很近（相距0.05毫米）的触须接点，来代替金箔接点，制造了“点接触型晶体管”。

1947年12月，这个世界上最早的实用半导体器件终于问世了，在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。

这就是后人所说的晶体管。

由此，肖克莱、巴丁和布拉顿三人获得1956年诺贝尔物理学奖。

3.第三代计算机（1964年——1970年）第三代计算机特征是以中，小规模集成电路来作为计算机的主要逻辑部件，其工艺可以在几平方毫米的单晶硅片上集成十几个甚至上千个电子元件。

这一时期，主存储器采用集成度很高的半导体存储器。

运算速度可达每秒几百万次甚至上亿次基本运算。

在软件方面，出现了数据库系统、分布式操作系统等。

从第三代起，计算机开始进入普及阶段，广泛应用于商业管理，过程控制，教育，实验室数据处理等各个方面。

集成电路是1958年德州仪器的工程师Jack Kilby发明，将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。

更多的元件集成到单一的、半导体芯片上，使计算机变得更小，功耗更低，速度更快。

其标志是用晶体管代替了电子管；大量采用磁芯做内存储器，采用磁盘、磁带等作外存储器；体积缩小、功耗降低、运算速度提高到每秒几十万次基本运算，内存容量扩大到几十万字。

同时计算机软件技术也有了很大发展，出现了FORTRAN、ALGOL-60、COBOL等高级程序设计语言，大大方便了计算机的使用。

因此，它的应用从数值计算扩大到数据处理、工业过程控制等领域，并开始进入商业市埸。

代表性的计算机是IBM公司生产的IBM-7094机和CDC公司的CDC1604机。

4.第四代计算机（1971年至今）第四代计算机特征是由大规模和超大规模集成电路计算机的逻辑元件。

其电子元件的集成度进一步提高，运算速度快，存储容量大，计算机的运算速度可达每秒几十万亿次。

系统软件和应用软件得到极大的丰富。

美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。

1975年，美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机，随后日本富士通公司生产出M-190机，是比较有代表性的第四代计算机。

英国曼彻斯特大学1968年开始研制第四代机。

1974年研制成功ICL2900计算机，1976年研制成功DAP系列机。

1973年，德国西门子公司，法国国际信息公司与荷兰飞利浦公司联合成立了统一数据公司，共同研制出Unidata7710系列机。

我国第一台电子管计算机是由中国科学院计算技术研究所于1958年8月研制成功的“103”机。

1965年研制成功了第一台大型通用晶体管计算机“109乙机”。

1971年研制成功第三代集成电路计算机“150机”。

1983年研制成功银河亿次机。

1996年研制成功运算速度每秒上百亿次的银河Ⅲ。

2000年7月，研制成功“神威”巨型计算机,运算速度达到3840亿次/秒。

2002年9月，联想集团成功研制”深腾1800”计算机，运算速度超过1万亿次/秒。

2003年12月，我国自主研发的国内最快的10万亿次曙光4000A高性能计算机在京签订协议，落户上海超级计算中心。

该机在目前全球高性能计算机排行榜中位列第十，在性能价格比和性能功耗比等方面处于国际领先水平[1]。

伴随着微机的出现，计算机已进入社会各单位和千家万户之中。

当前计算机的发展趋势是向着微型化，巨型化网络化和智能化方向发展。

许多国家已开展了新一代计算机的研究。

新一代计算机的目标不仅是运算速度更快，而且更主要的是是计算机具有智能特性，具有逻辑思维，知识表示和推理能力，能模拟人的设计，分析，决策，计划等智能活动，人机之间具有自然通信能力等[2]。

参考文献[1]胡新生，李广振.《计算机文化基础》中央广播电视大学出版社，2005年7月第二版.[2]张彦铎，赵瑞莲，庄朋，刘晓华.《计算机导论》清华大学出版社，2004年6月[3]道客巴巴网： /p-530793248003.html。