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


 

       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。

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        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。

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        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。

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        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。

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        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。

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        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。

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        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。

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        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"。

         以上就是本集课程中的全部内容啦!

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