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组成电子计算机大脑的电子元件（控制电子流动的开关）的发展：

继电器

定义：用电控制的机械开关。继电器里，有根”控制线路”，控制电路是开还是关。

• 可以把继电器想象成水龙头，控制线路就是水龙头把。打开水龙头，水会流出来；关闭水龙头，水就没有了。继电器是一样的，只不过控制的是电子 而不是水。
• 控制电路可以连到其他电路，比如马达，马达让计数齿轮 +1，就像第一节课提到的打孔卡片制表机。
• 继电器采用机械结构，机械臂本身有质量，无法快速开关。
• 1940 年代一个好的继电器 1 秒最多能翻转 50 次，不够快，不足以解决复杂的大问题。
• 代表：哈佛 Mark 1号，IBM，1944
  • 1 秒能做 3 次加法或减法运算；一次乘法要花 6 秒，除法要花 15 秒；更复杂的操作 比如三角函数，可能要一分钟以上。

• 限制：

  • 速度慢
  • 齿轮易磨损
  • 吸引昆虫——>BUG

    三极真空管

• 1904 年，热电子管出现，是世界上第一个真空管。

• 二极管（电流只能单向流动的电子部件）改进为三极管（加入了第三个 “控制” 电极）。

  真空管定义：和继电器一样，也是开关，控制电路开闭。向”控制”电极施加正电荷，则允许电子流动；施加负电荷，则组织电子流动。

• 优势：

  • 更少的磨损：真空管内部没有运动的机械部件
  • 每秒可以开闭数千次
• 限制：
  • 真空管有点脆弱，容易故障（玻璃制成，易碎，且像灯泡一样会烧坏）
• 标志着计算机从**机电转向电子**
• 代表1：巨人1号，1943
  • 诞生于英国的”布莱切利园”, 用于破解纳粹通信
  • 第一个可编程的电子计算机。但是编程的方法是把几百根电线插入插板，有点像老电话交换机
  • 编程麻烦，还要配置。

• 代表2：电子数值积分计算机 “ENIAC”，1946，宾夕法尼亚大学

  • 第一个真正的通用，可编程，电子计算机
  • 每秒可执行 5000 次十位数加减法

    晶体管

• 1947 年，发明于贝尔实验室，标志着一个全新的计算机时代的诞生

• 涉及量子力学

  晶体管：是一个开关，可以用控制线路来控制开或关

• 晶体管两极之间有一种材料隔开它们，这种材料有时候导电，有时候不导电，称为半导体。

• 通过控制半导体材料的导电性，来控制电流的流动。
• 优势：
  • 速度快：每秒可以开关 10,000 次，现在每秒可以切换上百万次
  • 可靠性高：晶体管是固态的，比起玻璃的真空管更可靠，能工作几十年
  • 降低了成本和大小：晶体管可以远远小于继电器或真空管，导致更小更便宜的计算机
• 代表：IBM 608，1957
  • 有 3000 个晶体管，每秒执行 4500 次加法
  • 每秒能执行 80 次左右的乘除法
• 硅谷：肖克利半导体——>仙童半导体——>英特尔