计算机科学速成课 Crash Course Computer Science 第二集 电子计算机 Electronic Computing
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计算机科学速成课 Crash Course Computer Science
第二集 电子计算机 Electronic Computing
机电计算机：继电器
作为拥有最多机电组件之一的计算机系统之一是哈佛马克一号（Harvard Mark Ⅰ），该机于1944年正式建成并交付使用。它服务于二战期间的所有ied（同盟国）国家，并以其庞大的规模和复杂的架构而闻名。该系统总计包含76.5万个电子部件、约3百万通路连接以及长达500英里的传输线路。为了确保其内部机械系统的协调运转，系统配备了长度达5百英尺的主要传动轴系统，并主要动力由一台仅需百八十分之一 horsepower即可驱动的巨大电机提供
这台机器最初的主要用途之一是参与"曼哈顿计划"的相关计算工作，并通过执行模拟运算来辅助决策制定。该设备的核心功能单元被称为"继电器"。
继电器作为基于电控的机械开关使用。其中包含一个称为"控制回路"的部分，在该电路处于开启或关闭状态下工作；其连接有一个线圈，在电流通过时会产生电磁场并产生吸引力以拉动金属触点；从而闭合电路或断开取决于电流状态；这类似于家庭中的水龙头
这个控制电路可以连到其他电路，比如马达。
缺点：
遗憾的是，在这台继电器内部的机械臂并非轻巧灵动——它拥有一定的重量和质量限制。因此，在那个年代中期制造出一台高效可靠的继电器仍需相当的技术实力。相比之下，在那个年代中期制造出一台高效可靠的继电器仍需相当的技术实力。相比之下，在那个年代中期制造出一台高效可靠的继电器仍需相当的技术实力.
除了速度慢，另一个限制是齿轮磨损，任何会动的机械都会随时间磨损。
随着继电器数量的增加, 故障率也随之上升. 哈佛马克一号系统拥有约3500个继电器, 假设每个继电器的平均寿命为10年, 则意味着平均每天需要更换一台发生故障的继电器.
BUG：这些笨重而温暖的机器也会吸引昆虫，在1947年9月哈佛马克2型操作员从故障继电器中取出这只虫子时 Grace Hopper 曾说过“从那以后每当计算机出现故障我们就认为它带有 bug 在里面”。这就是"bug"的来源
电子计算机：真空管
于1904年, 英国物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明发明了一种新型电子组件, 并将其放置在一个密封的玻璃灯泡内。这一装置成为世界上第一个真空管。这种真空管由两个电极组成: 一个加热电极能够发射出热电子（thermionic emission）; 而另一个带有正电荷的吸引电极则能将这些被加热产生的自由电子吸引到一起形成电流。如果吸引电极带有负电荷或中性电荷, 则由于无法克服真空区域中的阻碍而无法吸引到足够的自由电子, 因此不会产生电流。
电流仅能单向流动的电子元件被称为"二极管"（diode）。为了实现电流的通断需求，我们需要一种能够开关电流的技术手段。幸运的是，在1906年之前并未出现此类装置。然而，在"弗莱明"设计的基础上加入第三个"控制"电极后，美国发明家李·德富雷斯特成功解决了这一难题：当施加正电位至控制电极时允许电流通过；反之，则会阻止电流流动。从而实现了电路中开关状态的变化转移过程，并且类似于继电器的功能特性。值得注意的是，在真空中运行时几乎没有机械部件存在，减少了运行时的磨损风险，并且能够快速地实现数千次开闭操作周期。
真空管应用于计算机中，这标志着计算机从机电转向电子。
巨人1号
首次大规模应用真空管制造了Colossus MK 1（Colossus Mk I），由Tommy Flowers研发完成于1943年12月。位于英国布莱切利公园（Bletchley Park），用于解密纳粹通信。阿兰·图灵在此处研发了一台名为Bombe的机械装置，其设计目的是破解纳粹英格玛密码机。这台机械装置被认为是世界上第一台通用电子计算机。程序通过手动连接电线到控制板来实现计算逻辑。
电子数值积分计算机
电子数值积分机器（electronic digital integrating and computing machine）"ENIAC"于1946年在宾夕法尼亚大学完成建设，并由约翰·马古丽斯和约瑟夫·普雷斯伯格·埃克特两人共同研制而成。该装置是全球首个真正意义上的通用型程序型通用电子计算机。ENIAC每秒能够完成5,000次十进制加减运算。
到20世纪50年代末,真空管基式电子计算技术已达到极限水平.作为美国空军的重要研发项目,AN/FSQ-7计算机于1955年正式建成,成为SAGE防空自动指挥系统的核心组件之一.
电子计算机：晶体管
1947年时，贝尔实验室的研究团队由John Bardeen、Walter Brattain和William Shockley共同创造了晶体管（transistor）。该装置具有两个电极，并且这些电极之间夹着一种特殊材料；这种材料在特定情况下能够导电，在其他情况下则无法导通。
调节线路引出至一个"门"型电极单元，并通过调节该单元所携带的带电量来实现对其载流状态的有效管控。
晶体管可实现每秒开关一万次的能力，在电子设备领域具有重要地位。相较于传统真空二极管的技术参数和应用特性而言，其采用固态结构设计使得性能更加卓越。相比传统继电器和真空二极管而言，在体积和成本方面同样具有显著优势。这种技术进步为构建体积小且成本低下的电子设备提供了基础支持。其中最著名的例子是1957年 IBM 608 计算机系统开发项目中所应用的技术方案；该系统标志着人类首次实现完全由晶体管构建的第一台个人电脑；其拥有3千个晶体管组件，并可在一秒钟之内完成四五千次加法运算；同时也能执行大约八十万次乘除法操作；这一里程碑式的进展不仅推动了微电子工业的发展进程；也为现代计算机架构奠定了关键基础
硅谷
在圣克拉拉谷内进行晶体管与半导体的研发工作十分普遍，在旧金山与圣荷西之间分布着这一地区的主要企业群落。由于制造半导体所需的常见原料是硅，在此区域内逐渐形成了著名的'硅谷'这一地理名称。随后迁居至硅谷后,威廉·肖克利创建了肖克利半导体公司,其内部员工随后建立了仙童电子公司,而这里的一批员工则发展出了如今全球领先的英特尔公司——全球最大的计算机芯片制造商之一