电子计算机核心发展（继电器-真空管-晶体管）

左手的ㄟ右手 2024-02-26 07:00 7阅读 0赞

**目录**

继电器

最大的机电计算机之一——哈弗Mark1号，IBM1944年

背景

组成

性能

核心——继电器

简介

缺点

速度

齿轮磨损

Bug的由来

真空管诞生

组成

控制开关电流

继电器对比

磨损

速度

缺点

影响

代表

第一个可编程计算机

第一个真正通用，可编程，电子计算机

晶体管

构成

优点

代表

“硅谷”的由来

小疑问？

原文视频

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## 继电器 ##

### 最大的机电计算机之一——哈弗Mark1号，IBM1944年 ###

#### 背景 ####

复杂的计算，人们需要更多的自动化，更强的计算能力，因此机器大小从柜子大小发展成房间大小，维护费用高，而且容易出错。

#### 组成 ####

有76万五千个组件，300万个连接点和500英里长的导线，为了保持同步，有一个50英尺的传动轴，由一个5马力的电机驱动。最早的用途之一是**给曼哈顿计划跑模拟**。

##### 性能 #####

> 一秒能做3次加或减，乘法花费6秒，除法花费15秒。

### 核心——继电器 ###

> 这台机器的大脑是继电器，继电器是用电控制的机器开关。

#### 简介 ####

继电器中有跟**控制线路，控制电路是开还是关**；

> 控制线路连接着一个线圈，当电流穿过线圈时，线圈产生电磁场，吸引金属臂，从而闭合电路。当没有电流通过时，就没有电磁场也就没有吸引金属臂的力就会开启电路。

> 继电器可以理解成水龙头，打开就有水，关闭就没有水。继电器可以连接其他设备进行牵引设备工作，比如让电机打孔让齿轮转动

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#### 缺点 ####

##### 速度 #####

> 金属臂有“质量”，无法快速开关，**1940年一个好的继电器一秒钟可以翻转50次**

##### 齿轮磨损 #####

> 任何会动的机械都会随着时间磨损，部件会损坏，磨损

> 随着继电器数量增加，故障概率也会增加。

哈弗马克1号机器有三千五百个继电器，即使继电器寿命是十年，也意味着平均每天都换一个故障继电器，但是计算还要继续运行

##### Bug的由来 #####

吸引昆虫，在1947年9月，马克2性的操作员从故障继电器中拔出一只死虫。

> 所以之后出现故障也就说他出了Bug了（Bug是虫子的意思）

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## 真空管诞生 ##

> 1904年，英国物流学家“约翰-安布罗斯-弗莱明”开发了一种新的电子组件，叫做 **“热电子管”**

### 组成 ###

**把两个电极装在一个气密的玻璃灯泡里，这是世界第一个真空管**

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[电极概念][Link 1]：

其中左边的电极可以**通过加热从而发射电子**（**叫做热电子发射**），右边的电极**会吸引电子**。这样就会形成一个电子流：左边加热发射电子，右边吸引电子，电流就会产生

> 注意：只有带正电才可以，如果是负电荷或者中性电荷，电子就不会被吸引，越过真空区域，因此没有电流

> 输入电流的一极叫阳极或正极，放出电流的一极叫阴极或负极

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### 控制开关电流 ###

但是我们需要的是一个可以开关电流的部件

> 1906年，美国发明家“李-德弗雷斯特”在弗莱明设计的两个电极之间加入了第三个"控制"电极。

**向控制电极施加正电荷，会运行电子流动；如果施加负电荷就会阻止电子流动。**

**图示：**

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### 继电器对比 ###

#### 磨损 ####

**真空管通过控制线路就可以断开闭合电路，看起来和继电器差不多。但是真空管内部没有会动的组件因此损耗磨损会更小**

#### 速度 ####

**真空管每秒可以开闭数千次，而继电器最好的也才50次。**

### 缺点 ###

**会像灯泡一样烧毁，而且很贵**。在1940年可靠和成本方面得到改进，可以用在计算机里.

> 收音机只用一个，计算机可能要上百甚至上千个电器开关

### 影响 ###

这些“三极真空管”成为了无线电其他电子设备的基础，持续了近半个世纪（50年左右）

标记着计算机从机电转向电子

### 代表 ###

#### 第一个可编程计算机 ####

**第一个大规模使用真空管的计算机是巨人一号**，在英国“布莱切利园”1943年12月完工，用于破解纳粹通信。

两年前阿兰-图灵（也被称为计算机之父）也在这个地方做了一个机电装置叫做 **“Bombe”，破解纳粹英格玛通讯加密设备。** 1但是严格来说不算计算机Bombe

巨人一号使用的晶体管数量有1600个，总共造了十台计算机破解密码。被认为是

> **第一个可编程的电子计算机。**
> 
> **将几百根电线插入插板，这是为了计算机正确执行操作。虽然可编程但是还要配置他**

#### 第一个真正通用，可编程，电子计算机 ####

电子数值积分计算机“ENIAC”1946年在宾夕法尼亚大学完成建造。**这台计算机可每秒执行5000次十位数加减法,运作了十年，比全人类加起来的计算量都多。但是每运行半天就会出一次故障**

在1950年，**真空管计算机发展到达极限。** 美国空军的AN/FSQ-7计算机在1955年完成，**是“SAGE”防空计算机系统一部分**

## 晶体管 ##

1947年，贝尔实验室发明了晶体管，一个全新的计算机时代到来~

### 构成 ###

和继电器，真空管一样，晶体管也是由控制线路实现的控制电路开关。

> 最左边的线叫做控制线路，右边上下两个是两个电极，电极之间通过半导体隔开他们。
> 
> 半导体有时候导电，有时候不导电 。

**控制线连接到一个“门”电极，通过改变门的电荷，可以控制半导体的导电性**

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### 优点 ###

> 每秒可以开关10000次，并且比真空管（玻璃制成，小心易碎）晶体管是固态的，而且其大小远远小于继电器或真空管。

### 代表 ###

IBM608第一个完全用晶体管，消费者也可以买到的计算机。该计算机有3000个晶体管，每秒执行4500次加法，80次左右的乘除法。

> 如今，计算机里的晶体管小于50纳米，一张纸的厚度是10万纳米；晶体管不仅小，而且超级快，每秒可以切换上百万次，并且能工作几十年。

### “硅谷”的由来 ###

晶体管和半导体的开发在加州“圣克拉拉谷”，位于旧金山和圣荷西之间，生产半导体最重要的材料就是硅，因此这个地方叫做“硅谷”。里面的员工成立了仙童半导体，后来创立了因特尔（世界最大的计算机芯片制造商）。

### 小疑问？ ###

**如何通过晶体管做运算呢？虽然可以控制电流，但是并没有机械的东西齿轮或者马达进行运算，后面讲解**

## 原文视频 ##

[【计算机科学速成课】\[40集全/精校\] - Crash Course ComputerScience][40_ - Crash Course ComputerScience]

[Youtube 原视频][Youtube]

原文链接：[电子计算机核心发展（继电器-真空管-晶体管） - 掘金 (juejin.cn)][-_-_ - _ _juejin.cn]

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