电子计算机

1.计算机的出现背景

20世纪人口暴增，科学与工程进步迅速，航天计划成形。以上导致数据的复杂度急剧上升、计算量暴增，对于计算的自动化、高速有迫切的需求。

2.电子计算机的发展

1. 1937年 哈佛马克一号：使用继电器，用电磁效应，控制机械开关，缺点为有磨损和延迟。

最早还因为有虫子飞进去导致故障，引申出bug=故障的意思

2. 1943年 巨人1号：使用真空管（三极管），制造出世界上第一个可编程的计算机
3. 1946年 ENIAC：第一个电子数值积分计算机，为第一台通用计算机
4. 1947年 晶体管出现，使用的是固态的半导体材料，相对真空管更可靠
5. 1950s 空军ANFSQ-7： 真空管到达计算极限
6. 1957年 IBM 608： 第一个消费者可购买的晶体管计算机出现

3.电子计算机元器件变化

1. 继电器 Relay
   用电控制的机械开关，控制线路用于控制电路的开关，它连接着一个线圈，当线圈通电时，会产生感应磁场，由此能够吸引上方的金属臂，从而闭合电路，得到高电平。
   性能：1940年一个好的继电器1秒能翻转50次。哈佛马克一号1秒能做3次加减法运算，一次乘法需要6秒，除法需要15秒，三角函数需要一分钟以上。
   缺点：控制开关的金属臂是“有质量的”，因此无法快速开关。并且金属臂的反复移动就会存在磨损（任何会动的机械都会随时间磨损），哈佛马克一号平均每天需要更换一个故障继电器。
2. 真空管 Vacuum tube
   1904年，英国物理学家John Ambrose Fleming开发了新的电子组件——热电子管（Thermionic valve）。
   热电子管：把两个电极装在一个气密的真空玻璃灯泡中。其中一个电极A可以加热，从而发射电子，称为热电子发射（Thermionic emission）；另一个电极B会吸引电子，来形成电流。但只有当电极B带正电时才能吸引电子，否则当电极B带负电荷或者中性电荷时，电子就无法跨越真空区域。
   1906年，美国发明家Lee de Forest在此基础上加入了第三个控制电极。通过向控制电极施加正电荷，就能吸引电子，从而闭合电路；而通过施加负电荷，就能闭合电路。
   
   性能：每秒可开闭数千次。
   优势：和继电器相同的是，可以通过一个控制线路来控制断开或闭合电路，并且真空管内没有会动的组件，因此存在更少的磨损。
   缺点：比较脆弱，并且会像灯泡一样烧坏，并且体积比较大。
   真空管的出现，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巨人1号，由工程师Tommy Flowers设计并于1943年12月完工。巨人1号包含1600个真空管，并被认为是第一个可编程的电子计算机，编程方法是把几百根电线插入插板，由此让计算机执行正确操作。
   电子数值积分计算机ENIAC，在1946年于宾夕法尼亚大学设计制造，这是世上第一个真正的通用可编程电子计算机，每秒可执行5000次十位加减法。但是由于存在大量的真空管，因此ENIAC运行半天左右就会出现一次故障。
3. 晶体管 Transistor
   1947年贝尔实验室发明了晶体管（Transistor），原理过于复杂，涉及量子力学，这里只涉及基础部分。 晶体管：类似于继电器和真空管，晶体管也是一个用于控制电路闭合断开的开关。晶体管有两个电极，这两个电极之间通过半导体材料隔开。这里通过控制连接到半导体的电极电荷数，可以控制半导体的导电性，由此来控制电流是否流动。当控制线路通电时，两个电极接通，否则两个电极断开。
   
   性能：每秒可开关10000次。
   优势：相比玻璃制成的真空管，晶体管是固体的，并且体积远小于继电器和真空管。
   第一个消费者可购买的，完全由晶体管构成的计算机是1957年发布的IBM 608，它有3000个晶体管，每秒执行4500次加减法，或80次左右的乘除法。
   如今，计算机里的晶体管小于50nm，并且每秒可切换上百万次，工作几十年。很多晶体管和半导体开发在圣克拉拉谷，位于旧金山和圣河西之间，由于制造半导体最常见的材料是硅，由此这个地方被称为“硅谷”。并且William Shockley搬过去创建了肖克利半导体，里面的员工后来成立了仙童半导体，而这里面的员工后来创立了英特尔。