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电子管计算机 发表评论(0) 编辑词条

电子管计算机
  其主要特点是采用电子管作为基本电子元器件,体积大 耗电量大 寿命短 可靠性低 成本高;存储器采用水银延迟线.在这个时期,没有系统软件,用机器语言和汇编语言编程.计算机只能在少数尖端领域中得到运用,一般用于科学,军事和财务等方面的计算.
  第一代电子计算机虽然在当今人们看来相当笨拙,体积大,造价高,操作困难,但正是它开辟了计算机发展之路,使人类社会生活发生了轰轰烈烈的变化。第一代电子计算机指从1946年到1957年间的电子计算机。这时的计算机的基本线路是采用电子管结构,程序从人工手编的机器指令程序,过渡到符号语言,第一代电子计算机是计算工具革命性发展的开始,它所采用的二进位制与程序存贮等基本技术思想,奠定了现代电子计算机技术基础。
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电子管计算机编辑本段回目录

  1945年,取名为ENIAC的第一台电子计算机制成。但它体积庞大,并且属于程序外插型,使用起来并不方便。计算机运算几分钟或几小时,需要用几小时到几天来编插程序。当ENIAC的研制接近成功时,曾任职伯丁试炮场顾问的冯·诺依曼知道了这一消息。他在仔细研究过ENIAC的优缺点后,在别人的协助下,于1946年给出了一个新机EDVAC的设计方案,这个方案中的计算机包括计算器、控制器、存储器、输入输出装置,为提高运算速度首次在电子计算中采用了二进制,并实现了程序内存。它使全部运算真正成为自动过程。
到目前为止,它是一切电子计算机设计的基础。英国剑桥大学于1949年最先制成了世界第一台用电子延迟存贮的程序内存电子计算机EDSAC。冯·诺依曼的EDVAC几经周折;在1952年终于制成。另外,由于美籍华人王安在1950年提出了用磁芯存贮数据的思想,麻省理工学院的福雷斯特发明了磁芯存贮器,这种存贮器在50-70年代一直被用作几乎所有电子计算机的主存贮器。

第一代电子管计算机(1945-1956)编辑本段回目录

    在第二次世界大战中,美国政府寻求计算机以开发潜在的战略价值。这促进了计算机的研究与发展。1944年Howard H. Aiken(1900-1973)研制出全电子计算器,为美国海军绘制弹道图。这台简称 Mark I 的机器有半个足球场大,内含500英里的电线,使用电磁信号来移动机械部件,速度很慢(3-5秒一次计算)并且适应性很差只能用于专门领域。它是世界上第一台普通用途计算机。

我国于1958年制出第一台电子管计算机编辑本段回目录

1957年夏,中国科学院组织了一批科学家专攻数字电子计算机项目,正在苏联和东欧访问的慈云桂也包括在内。回国后,他接受了研制鱼雷快艇指挥仪的任务。1957年7月,美国无线电工程师学会会刊(Proc.IRE)上有一篇关于数字电子计算机的综述性文章,慈云桂读后很受启发,乃与同事一起研究,提出把数字计算机用于指挥仪的方案,并迅速组成了一个计算机研制小组。1958年5月,他带领一个8人小组住进位于北京中关村的中科院计算所,经过日夜奋战,模型试验告捷。1958年9月8日,一台代号为“901”的样机在哈尔滨诞生,这是我国第一台电子管专用数字计算机。901样机作为向国庆十周年敬献的礼物在北京展出期间,周恩来总理和朱德、陈毅元帅等给予了高度的赞扬。哈军工院长陈赓大将当即决定在学院创建计算机专业。从此,慈云桂的名字与我国计算机事业的发展就紧紧地连在了一起。

翻开我国国产计算机的史册,慈云桂主持研制的计算机多达五六种型号,除901电子管计算机外,主要包括全晶体管化的441B系列通用计算机,百万次级151—3/4型集成电路计算机,以及每秒运算达一亿次的巨型计算机。这些计算机都富有当时的时代气息,先后成批生产了约200台,在国民经济和国防建设中发挥了重大作用。作为计算机系统的总设计师,他主要负责总体结构与系统分析,提出指导计算机研制的一系列新思想、新方法和新工艺。慈云桂对于中国计算机事业的独特贡献,在于他对计算机发展具有敏锐的洞察力与战略远见,能够在计算机的各个发展阶段把准研究的大方向,不失时机地提出新的攀登高峰,而且,每一次都凭着顽强的意志、执著的追求以及求实的科学作风使预定目标得以实现。他的业绩与贡献,在国际上也产生了重要影响。

计算机发展阶段编辑本段回目录

第一代:电子管计算机(1945-1956)
在第二次世界大战中,美国政府寻求计算机以开发潜在的战略价值。这促进了计算机的研究与发展。1944年Howard H.Aikien(1900-1973)研制出全电子计算机,为美国海军绘制弹道图。这台简称Mark Ⅰ的机器有半个足球场大,内含500英里的电线,使用电磁信号来移动机械部件,速度很慢(3-5秒一次计算)并且实用性很差只用于专门领域,但是,它既可以执行基本算术运算也可以运算复杂的等式。
1946年2月14日,标志现代计算机诞生的ENIAC(Electronic Numerical Intergrator and Computer)在费城公诸于世。ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑,它通过不同部分之间的重新接线编程,还拥有并行计算能力。ENIAC由美国政府和槟夕法尼亚大学合作开发,使用了18000个电子管,70000个电阻器,有5百万个焊接点,耗电160千瓦,其运算速度比Mark Ⅰ快1000倍,ENIAC是第一台普通用途计算机。
第一代计算机的特点是操作指令是为特定任务而编制的,每种机器有各自不同的机器语言,功能受到限制,速度也慢;另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓存储数据。

第二代晶体管计算机(1956-1963)
1948年,晶体管的发明大大促进了计算机的发展,晶体管代替了体积庞大电子管,电子设备的体积不断减小。1956年,晶体管在计算机中使用,晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。首先使用晶体管技术的是早期的超级计算机,主要用于原子科学的大量数据处理,这些机器价格昂贵,生产数量极少。
1960年,出现了一些成功地用于商业领域、大学和政府部门的第二代计算机。第二代计算机用晶体管代替电子管,还有现代计算机的一些部件:打印机、磁带、磁盘、内存、操作系统等。计算机中储存的程序使得计算机有很好的适应性,可以更有效地用于商业用途。在这一时期出现了更高级的COBOL和FORTRAN等语言,以单词、语句和数学公式代替了含混的二进制机器码,使计算机编程更容易。新的职业(程序员、分析员和计算机系统专家)和整个软件产业由此诞生。

第三代集成电路计算机(1964-1971)
虽然晶体管比起电子管是一个明显的进步,但晶体管还是产生 大量的热量,这会损害计算机内部的敏感部分。1958年德州仪器的工程师Jack Kilby发明了集成电路IC,将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。科学家使更多的元件集成到单一的半导体芯片上。于是,计算机变的更小,公耗更低,速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统,使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。
 
第四代大规模集成电路计算机(1971-现在)
出现集成电路后,唯一的发展方向是扩大规模。大规模集成电路LSI,可以在一个芯片上容纳几百个元件。到了80年代,超大规模集成电路VLSI在芯片上容纳了几十万个元件,后来的ULSI将数字扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降,而功能和可靠性不断增强。
70年代中期,计算机制造商开始将计算机带给普通消费者,这时的小型机带有友好届面的软件包,供非专业人员使用的程序和最受欢迎的字处理和电子表格程。这一领域的先锋有Commodore,Radio Shack和Apple Computers等。
1981年,IBM推出个人计算机PC用于家庭、办公室和学校。80年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌,微机的拥有量不断增加,计算机继续缩小体积,从桌上到膝上到掌上。与IBM PC竞争的APPLE Macintosh系统于1984年推出,Macintosh提供了友好的图形界面,用户可以用鼠标方便地操作。

有关电子管编辑本段回目录

  1904年,世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的专利权。人类第一只电子管的诞生,标志着世界从此进入了电子时代。世界上第一台计算机用1.8万只电子管,占地170m*2,重30t,耗电150kW。
  说起电子管的发明,我们首先得从“爱迪生效应”谈起。爱迪生这位举世闻名的大发明家,在研究白炽灯的寿命时,在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果,他发现了一个奇怪的现象:金属片虽然没有与灯丝接触,但如果在它们之间加上电压,灯丝就会产生一股电流,趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的?爱迪生也无法解释,但他不失时机地将这一发明注册了专利,并称之为“爱迪生效应”。后来,有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。但最先预见到这一效应具有实用价值的,则是英国物理学家和电气工程师弗莱明。 
  各种样式电子管 
  弗莱明的二极管是一项崭新的发明.它在实验室中工作得非常好.可是,不知为什么,它在实际用于检波器上却很不成功,还不如同时发明的矿石检波器可靠.因此,对当时无线电的发展没有产生什么冲击. 
  电子管计算机
  此后不久,贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特,在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板,从而发明了第一只真空三极管.这一小小的改动,竟带来了意想不到的结果.它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动,而且,集检波、放大和振荡三种功能于一体.因此,许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点.德福雷斯特自己也非常惊喜,认为“我发现了一个看不见的空中帝国”.电子管的问世,推动了无线电电子学的蓬勃发展.到1960年前后,西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管.电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外,也广泛渗透到家庭娱乐领域,将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户.就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展,也有电子管的一臂之力. 
  三条腿的魔术师电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具.电子管器件历时40余年一直在电子技术领域里占据统治地位.但是,不可否认,电子管十分笨重,能耗大、寿命短、噪声大,制造工艺也十分复杂.因此,电子管问世不久,人们就在努力寻找新的电子器件.第二次世界大战中,电子管的缺点更加暴露无遗.在雷达工作频段上使用的普通的电子管,效果极不稳定.移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙,易出故障.因此,电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要,都促使许多科研单位和广大科学家,集中精力,迅速研制成功能取代电子管的固体元器件.后来电子管被替代,电子管的替代产品叫晶体管。
]电子管的基本参数:
  1.灯丝电压:V; 2.灯丝电流:mA; 3.阳极电压:V; 4.阳极电流:mA; 5.栅极电压:V; 6.栅极电流:mA; 7.阴极接入电阻:Ω; 8.输出功率:W; 9.跨导:mA/v; 10.内阻: kΩ。
  几个常用值的计算:
  放大因数 μ=阳极电压Uak/栅极电压Ugk
  表示在维持阳极电流不变的情况下,阳极电压与栅极电压的比值。
  跨导 S=阳极电流Ia/栅极电压Ugk
  表示在维持阳极电压不变的情况下,栅极电压若有一个单位(如mV)的电压变化时将引起阳极电流有多少个单位的变化。
  内阻 Ri=栅极电压Uak/阳极电流Ia
  表示在维持栅极电压不变的情况下,阳极电流若有一个单位(如mA)的电压变化时将引起阳极电压有多少个单位的变化。
  上面的几个值也可以表述为 放大因数 μ=跨导S乘以内阻Ri
  电子管计算机-历史 ENIAC及ENIAC的总设计师莫奇利世界上第一台电子计算机是个庞然大物:重30吨,占地150平方米,肚子里装有 电子管计算机18800只电子管。它是1954年,在美国宾夕法尼亚大学诞生的。
  在第二次世界大战中,敌对双方都使用了飞机和火炮,猛烈轰炸对方军事目标。要想打得准,必须精确计算并绘制出"射击图表"。经查表确定炮口的角度,才能使射出去的炮弹正中飞行目标。但是,每一个数都要做几千次的四则运算才能得出来,十几个人用手摇机械计算机算几个月,才能完成一份"图表"。针对这种情况,人们开始研究把电子管作为"电子开关"来提高计算机的运算速度。许多科学家都参加了实验和研究,终于制成了世界上第一台电子计算机,起名为"埃尼阿克"。
  20世纪40年代中期,美国宾夕法尼亚大学电工系由莫利奇和艾克特领导,为美国陆军军械部阿伯丁弹道研究实验室研制了一台用于炮弹弹道轨迹计算的“电子数值积分和计算机”(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator简称ENIAC)。这台叫做“埃尼阿克”的计算机占地面积170平方米,总重量30吨,使用了18000只电子管,6000个开关,7000只电阻,10000只电容,50万条线,耗电量140千瓦,可进行5000次加法/秒运算。这个庞然大物于1946年2月15日在美国举行了揭幕典礼。这台计算机的问世,标志着电脑时代的开始。 
  最早之前电脑的前身是一种叫"加法器"的东西...是由法国的一位数学家"巴斯卡"所发明后来又渐渐改良...可以做 -*/的四则运算的"差分机" 
  到了,元1801年法国人约瑟夫?杰夸德(JosephJacquard)发明使用打孔卡(Punchedcarboardcard)。这对未来电脑的发展引进两个重要的观念: 
  一、资讯可以在打孔卡片上编码(Coded)...也就是写程式 
  二、资讯可以储存在卡片上,而且当这些卡片成串的组合在一起,就可以做为一连串的指令...就是程式啦...^^" 之后出现了一个人...在历史上我们称他为"电脑之父"—"巴贝基(CharlesBabbage)" 他做了一部功能更强的机器,称为分析机(Analyticalengine),这部机器在观念上就与现代电脑极为相似... 这些发明是用来辅助计算的工具,尚没有记忆与储存资料的功能,因此不能称为"电脑"(如果严格定义电脑的功能的话) 一直到了1946,美国的毛琪利与爱克特发明了第一代电脑—ENIAC, 而第一代的电脑有2间教室大喔...跟现在我们一般用的个人电脑体积差很多吧...^^" 当时的电脑零件是真空管(现在已经找不到了) 而存档的东西呢...是一种打孔卡片... 
  所以,电脑的发明是一群科研人员共同努力的成果,但其中数学家冯·诺依曼的设计思想在其中起到了关键作用,所以冯·诺依曼被称为现代计算机之父。
  电子管计算机-电子管计算机作用: 
  第一代计算机的特点是操作指令是为特定任务而编制的,每种机器有各自不同的机器语言,功能受到限制,速度也慢。另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数据。 第一台电子管计算机(ENIAC)占地170平方米,重30吨,有1.8万个电子管,用十进制计算,每秒运算5000次 由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点,存储器采用水银延迟线.在这个时期,没有系统软件,用机器语言和汇编语言编程.计算机只能在少数尖端领域中得到运用,一般用于科学,军事和财务等方面的计算.现在它的绝大部分用途已经基本被固体器件晶体管所取代。但是电子管负载能力强,线性性能优于晶体管,在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好,所以仍然在一些地方(如大功率无线电发射设备)继续发挥着不可替代的作用。
  作为第一代计算机,它是承上启下的一类计算机。推动着计算机的发展。

电子管时代:1911——1946   编辑本段回目录

1911年:6月15日,美国华尔街金融投资家弗林特(C.Flent)投资霍列瑞斯的制表机公司,成立了全新的CTR公司,但公司创立之初并没有涉足任何电子领域,反而生产诸如碎纸机或者土豆削皮机之类的产品。1912年:美国青年发明家德.福雷斯特(L. De Forest)在帕洛阿托小镇首次发现了电子管的放大作用,为电子工业奠定了基础,而今日的帕洛阿托小镇也已成为硅谷的中心地带。

1913年:美国麻省理工学院教授万.布什(V.Bush)领导制造了模拟计算机“微分分析仪”。机器采用一系列电机驱动,利用齿轮转动的角度来模拟计算结果。

1924年:硅谷之父特曼担任斯坦福大学教授,对创建HP、成立斯坦福工业园区起到决定性作用
2月,由霍列瑞斯创办的制表机公司几经演变,最终更名为国际商用机器公司,即我们今天看到的IBM。

1935年:IBM制造了IBM601穿孔卡片式计算机,该计算机能够在一秒钟内计算出乘法运算。
1936年:阿兰.图灵发表论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》,首次阐明了现代电脑原理,从理论上证明了现代通用计算机存在的可能性,图灵把人在 计算时所做的工作分解成简单的动作,与人的计算类似,机器需要:(1)存储器,用于贮存计算结果;(2)一种语言,表示运算和数字;(3)扫描;(4)计 算意向,即在计算过程中下一步打算做什么;(5)执行下一步计算。具体到一步计算,则分成:(1)改变数字可符号;(2)扫描区改变,如往左进位和往右添 位等;(3)改变计算意向等。整个计算过程采用了二进位制,这就是后来人们所称的“图灵机”。

20多岁的德国工程师楚泽(K.Zuse)研制出了机械可编程计算机Z1,并采用了二进制形式,其理论基础即来源于布尔代数。
1937年:11月,美国AT&T贝尔实验室研究人员斯蒂比兹(G. Stibitz)制造了电磁式数字计算机“Model-K”。

1938年:克劳德.艾尔伍德.香农(Claude Elwood Shannon)发表了著名论文《继电器和开关电路的符号分析》,首次用布尔代数对开关电路进行了相关的分析,并证明了可以通过继电器电路来实现布尔代数 的逻辑运算,同时明确地给出了实现加,减,乘,除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。
1939年:元旦,美国斯坦福大学研究生比尔.休利特(B.Hewllet)和戴维.帕卡德(D.Packard)正式签署企业合伙协议,创办了Hewllet-Packard(HP)公司,即国内通称的惠普公司。

9月,贝尔实验室研制出M-1型计算机。

10月,约翰.阿塔纳索夫(John Vincent Atanasoff(1903-1995))制造了后来举世闻名的ABC计算机的第一台样机,并提出了计算机的三条原则:
(1)以二进制的逻辑基础来实现 数字运算,以保证精度;
(2)利用电子技术来实现控制,逻辑运算和算术运算,以保证计算速度;
(3)采用把计算功能和二进制数更新存贮的功能相分离的结构。这就是著名的计算机三原则。
1940年:9月,贝尔实验室在美国达特默思大学演示M—1型机。他们用电报线把安置在校园内的M—1型机和相连,当场把一个数学问题打印出来并传输到纽约,M—1型机在达特默思大学的成功表演,首次实现了人类对计算机进行的远距离控制的梦想。

控制论之父维纳提出了计算机五原则,(1)不是模拟式,而是数字式;(2)由电子元件构成,尽量减少机械部件;(3)采用二进制,而不是十进制;(4)内部存放计算表;(5)在计算机内部存贮数据。
1941年:楚泽完成了Z3计算机的研制工作,这是第一台可编程的电子计算机。可处理7位指数、14位小数。使用了大量的真空管。每秒种能作3到4次加法运算,一次乘法需要3到5秒。

1942年:时任美国依阿华州立大学数学物理教授的阿塔纳索夫(John V. Atanasoff)与研究生贝瑞(Clifford Berry)组装了著名的ABC(Atanasoff-Berry Computer)计算机,共使用了300多个电子管,这也是世界上第一台具有现代计算机雏形的计算机。但是由于美国政府正式参加第二次世界大战,致使该 计算机并没有真正投入运行。

1943年:贝尔实验室把U型继电器装入计算机设备中,制成了M—2型机,这是最早的编程计算机之一。此后的两年中,贝尔实验室相继研制成功了M-3和M-4型计算机,但都与M-2型类似,只是存储器容量更大了一些。

10月,绰号为“巨人”的用来破译德军密码的计算机在英国布雷契莱庄园制造成功,此后又制造多台,为第二次世界大战的胜利立下了汗马功劳。

1944年:8月7日,由IBM出资,美国人霍德华.艾肯(H.Aiken)负责研制的马克1号计算机在哈佛大学正式运行,它装备了15万个元件和长达 800公里的电线, 每分钟能够进行200次以上运算。女数学家格雷斯.霍波(G. Hopper)为它编制了计算程序,并声明该计算机可以进行微分方程的求解。马克1号计算机的问世不但实现了巴贝奇的夙愿,而且也代表着自帕斯卡计算机问 世以来机械计算机和电动计算机的最高水平。
1946年:2月14日,美国宾西法尼亚大学摩尔学院教授莫契利(J. Mauchiy)和埃克特(J.Eckert)共同研制成功了ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer):计算机。这台计算机总共安装了17468只电子管,7200个二极管,70000多电阻器,10000多 只电容器和6000只继电器,电路的焊接点多达50万个,机器被安装在一排2.75米高的金属柜里,占地面积为170平方米左右,总重量达 到30吨,其运算速度达到每秒钟5000次加法,可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法。

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标签: 电子管计算机

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