计算机科学速成课【学习笔记】（2）——电子计算机

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2. 电子计算机-Electronic Computing_哔哩哔哩_bilibili2. 电子计算机-Electronic Computing是【计算机科学速成课】[40集全/精校] - Crash Course Computer Science的第2集视频，该合集共计40集，视频收藏或关注UP主，及时了解更多相关视频内容。https://www.bilibili.com/video/BV1EW411u7th?p=2&vd_source=efc1c9272504933e74aad03c1db8271e

目录

 

       一、机电计算机

       二、电子计算机

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       一、机电计算机

        20世纪初，早期的计算设备都针对于特定用途，随着人口的快速增长，贸易的紧密，科学的进步，各种复杂情况导致数据量暴增，人们需要更强、更自动的计算能力。

        计算机就越来越大，很快由柜子大小变成了房间大小。最大的机电计算机之一是Harvard Mark I，由霍华德·艾肯设计（由IBM公司承建），在1994年完成建造。这台机器最早的用途之一是给曼哈顿计划（用核裂变反应来研制原子弹的计划）跑模拟的，下图为Mark I图像。

        看到这儿又有一种熟悉感，不知道钢铁侠的父亲霍华德·斯塔克与Mark一号是不是致敬了这里，包括霍华德·斯塔克刚好也是二战时期（我猜的）。

        这台机器的大脑是继电器，当输入电流达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开。

        继电器可以连到马达或者其他别的电路上，如果电路导通，马达让计数齿轮加1，就像上集总提到的制表机一样。1940年一个好的继电器1s可以翻转50次，但还是不能满足复杂问题的需求。哈弗马克一号1s可以做三次加法或者减法，6s做一次乘法，15s做一次除法，更复杂的三角函数可能要1分钟以上。再加上齿轮磨损问题，和随着继电器数量增加而增加的故障概率，人们开始寻找更快更可靠的东西来代替继电器。

        大家知道计算机术语“Bug”是怎么来的吗？1947年9月，Harvard Mark II的操作员从故障继电器中，拔出一只死虫，Grace Hopper说"From then on, when anything went wrong with a computer,we said it had bugs in it."这就是 "bug" 的来源。

        二、电子计算机

        到了1904年，John Ambrose Fleming开发了热电子管，电子管把两个电极装在一个气密的玻璃灯泡里，这是世界上第一个真空管。其中一个电极可以加热，从而发射出电子（热电子发射），另一个电极会吸引电子，从而形成电流。

        Lee de Forest在Fleming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，它会允许电子流动，但如果施加负电荷，它会阻止电子流动，因此通过控制线路，可以断开或闭合电路，和继电器的功能一样，但重要的是，真空管内没有会动的组件，意味着更少的磨损，更重要的是，每秒可以开闭数千次。

        因此这些"三极真空管"成为了无线电，长途电话以及其他电子设备的基础，持续了接近半个世纪。如果...如果它不像灯泡一样可以烧坏就完美了！但它的出现仍是一次巨大的进步。

        这篇博文将这段历史介绍的很详细，由兴趣的小伙伴可以浏览一下。真空三极管如何工作的？浅谈真空三极管的由来 - 模拟技术 - 电子发烧友网真空三极管如何工作的？浅谈真空三极管的由来-大多数人开始使用半导体，并使用所谓的晶体组合作为整流器。https://www.elecfans.com/analog/202302212014247.html        到了1940年，它的成本和可靠性得到改进，可以用在计算机里，这标志着计算机从机电转向电子。第一个大规模使用真空管的计算机是Colossus MK 1（巨人1号），由工程师 Tommy Flowers 设计，并完工于1943年12月。巨人1号 在英国的"布莱切利园", 用于破解纳粹通信。巨人被认为是第一个可编程的电子计算机。

         2年前计算机科学之父阿兰·图灵也在"布莱切利园"做了台机电装置"Bombe"，用于破解纳粹"英格码"通讯加密设备。电影《模仿游戏》就是改编于这段历史。

        1946年由宾夕法尼亚大学的John Mauchly 和 J. Presper Eckert研制的ENIAC（Enter the The Electronic Numerical Integrator and Calculator），是世上第一个真正的通用的、可编程、电子计算机，ENIAC 每秒可执行 5000 次十位数加减法。它运作了十年，据估计，它完成的运算，比全人类加起来还多。

        为了进一步降低成本和大小，同时提高可靠性和速度，我们需要一种新的电子开关。1947 年，贝尔实验室科学家John Bardeen，Walter Brattain，William Shockley几个人发明了晶体管，一个全新的计算机时代诞生了！晶体管的物理学相当复杂，牵扯到量子力学。可以控制半导体材料的导电性，来允许或不允许电流流动。

        第一个晶体管每秒可以开关 10,000 次，速度得到了极大的提升。而且，比起玻璃制成，小心易碎的真空管，晶体管是固态的。从体积上将，晶体管可以远远小于继电器或真空管，这为更小更便宜的计算机的生产提供了基础。

        1957年发布的IBM 608，是第一个完全用晶体管，而且消费者也可以买到的计算机。它有 3000 个晶体管，每秒执行4500 次加法或者80次左右的乘除法。如今，计算机里的晶体管小于 50 纳米，晶体管不仅小，还超级快，每秒可以切换上百万次，并且能工作几十年。很多晶体管和半导体的开发在"圣克拉拉谷"，而生产半导体最常见的材料是 "硅"，所以这个地区被称为 "硅谷"。

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