电子计算机的发展

电子计算机从问世到现在已近 50 年，大约每隔 8～10 年就更新换代一次，运算速度提高 10 倍，可靠性提高 10 倍，价格降为原来的十分之一。

电子计算机从产生到今天历经了五个阶段：电子管时代、晶体管时代、中小规模集成电路时代、大规模集成电路时代、超大规模集成电路和人工智能计算机时代。

电子管时代

最早的计算机是美国宾夕法尼亚州大学莫尔学院的莫希利负责研制的。这台机器的名字叫“电子数值积分计算机”，取它们每个英文单词的第一个字母就是“ENIAC”，简称为“埃尼爱克”。这台机器看上去像个庞然大物，机内使用了一万多个电子管，七万个电阻、一万个电容以及 600

个开关，整个机器长 30 米，高三米，宽一米，占地面积约一百七十多平方米，相当于上课教室的四倍，整个机器重三十多吨，相当于 7～8 辆解放牌大卡车的载重量。

这种计算机的运算速度比机械式计算机快得多，一般每秒几千至几万次。由于“埃尼爱克”是利用电子管制造的，所以，也称为电子管计算机。从 1946 年到 1957 年生产的电子管计算机，是世界上公认的第一代电子计算机。

什么是电子管？电子二极管是由一位名叫费莱明的英国工程师在1904 年发明的。电子二极管一端是灯丝，另一端是金属片做成的电极。当金属片带正电时，电流才能通过。因此，在电子二极管中，电流只能朝一个方向流动，它可以用来检测无线电波。电子二极管的发明，是电子技术的一个重大突破。

与此同时，世界上第一支电子三极管也诞生了。这是由杰出的英国科学家德福雷斯发明的。它是 20 世纪最伟大的发明之一。电子三极管有放大微弱信号的功能。后来，人们又制造出四极管、五极管等等。

电子管计算机虽然较以前的各种计算机有了很大改进，但它体积太大，笨重、造价高、可靠性差、操作困难、维修复杂、耗电量高，不能进行批量生产，无法得到普及，没过多少年，它就被晶体管计算机所取代。

晶体管时代

早在古代，人们就发现了物体带电现象，当时的书籍记载说用毛皮摩擦琥珀可以吸引小纸片、毛发等轻微物体。又经过了很长时间，到 18 世纪，人们发现在自然界，有些材料允许电流通过，比如：金、银、铜等金属，

人们把这些材料叫导体；有些材料不允许电流通过，如玻璃、橡皮等，人们把这些材料叫绝缘体。后来，人们又发现，在自然界中还有一些材料，它们既不是导体，也不是绝缘体，它们允许电流通过的程度，介于导体和绝缘体之间，比如锗硅的氧化物，人们把这些材料叫半导体。

半导体有一个显著的特点：一旦它们受到光照或在它们中掺入极少量的杂质后，它们允许电流通过的能力会成百上千倍地提高。因此，科学家用半导体制成许多电子元件和器件。

1947 年，世界著名的贝尔电话实验室研制出了第一个半导体三极管，也就是晶体管。

晶体管有三个电极，通过三根导线引出管外。三个电极中有一个电极能起控制作用，如果给这一个电极通上电流，晶体管内部的电子开关就接通，另外两个电极就会有电流通过；如果不给这个电极电流，开关就断开，另外两个电极也就没有电流，这是晶体管的基本功能。晶体管还有放大功能，在它的一个电极上，给以一个微弱的信号，在另外两个电极上就能得到较大的信号。

晶体管既能代替电子管工作，又能消除电子管的所有缺点，它没有玻璃管壳，不需要真空，体积很小，生产成本很低，它的寿命比电子管长得多。因此，晶体管问世后，立即得到了迅速发展并且代替了电子管的位置。现在，我们日常生活中已经到处可见它的踪影。

1956 年，美国首先研制成军用小型晶体管计算机，1958 年底到 1959 年初，第一批批量生产的民用晶体管计算机投入运行，这就是 IBM1403 机。它们标志着晶体管计算机时代的到来。人们又称晶体管计算机为第二代电子计算机。

晶体管计算机重量轻、体积小、耗电量小、成本低，因而在军事、工业、农业、商业、科研等各行业逐步得到应用。

中小规模集成电路时代

我们知道，在电子计算机里有许许多多电路，这些电路像一个个小型的交通控制系统，控制电流的往来。电流流通的路线由电路的形式决定。在电子管计算机中，电路是由单个电子管、电阻、电容等元件，经过焊接组装成的；在晶体管计算机中，电路是由单个晶体管、电阻、电容等元件，经过焊接组装成的。当科学家们采用先进的工艺技术，把微型化的晶体管、电阻、电容等元件集中组成电路，再把许许多多这样的电路集中在一块相当小的半导体硅片上，这就是集成电路。集成电路块只有大拇指那么大。是在 1969 年由美国英特尔公司年轻的工程师霍夫研制成功的。

所谓中小规模集成电路是相对后来的“大规模”集成电路而言的。1960 年诞生的第一块集成电路，是小规模集成电路，在一平方毫米的硅片上形

成一个电路。

采用中小规模集成电路制成的电子计算机，是第三代电子计算机。比如 1964 年生产的 IBM360 机。因采用了集成电路，大大缩短了信息传输的时间，降低了电路的故障，因而使计算机可靠性显著提高，运算速度大增，已达到每秒几百万次，重量、体积、功耗、成本也大大减少。

我们知道，电子和光的速度是每秒 30 万千米。电子计算机的线路越短，电子走过的路程就越短，所花的时间也越少。我们以万分之一秒计算，第一代电子计算机中电子线路的累计总长度是 30 千米左右，第二代缩短到

3000 米，第三代只有 30 厘米左右了。

集成电路促进了电子计算机的小型化。1965 年美国数字设备公司制成12 位小型机后，各种小型机纷纷出现，迅速发展。

大规模集成电路时代

1970 年出现了能装 1000 个电路的大规模集成电路，它们的大小只有我们平时吃的方块糖那样大。采用大规模集成电路制造的计算机，是第四代计算机，比如 1972 年美国 IBM 公司生产的 IBM370 系列机。目前世界上使用的电子计算机大多数是第四代电子计算机。

如果现在我们拿第四代电子计算机同第一代电子计算机“埃尼爱克” 相比，我们会发现，它们的功能一样，但

第四代电子计算机的体积却只有“埃尼爱克”的 30 万分之一，重量是它的六万分之一，耗电量是它的五万分之一，可靠性却提高了一万倍。创造这个奇迹的是看起来平淡无奇的小硅片——集成电路。在显微镜

下观察这些硅片，如同从空中看到一座现代化城市。由它组成的各种类型和用途的电脑，正对人类社会产生着巨大而深刻的影响。

电子计算机进入第四代的时候，开始朝两个方向发展：一是发展微型电子计算机；二是发展大型电子计算机。