電子管時代
最早的計算機是美國賓夕法尼亞大學莫爾學院的莫克利負責研製的。
這台機器的名字叫“電子數值積分計算機”,取它們每個英文單詞的第一個字母就是“ENIAC”,簡稱為“埃尼阿克”。這台機器看上去像個龐然大物,機內使用了1萬多個電子管,7萬個電阻、1萬個電容以及600個開關,整個機器長30米,高3米,寬1米,占地麵積為170多平方米,相當於上課教室的4倍,整個機器重30多噸,相當於7~8輛解放牌大卡車的載重量。
這種計算機的運算速度比機械式計算機快得多,一般每秒幾千至幾萬次。由於“埃尼阿克”是利用電子管製造的,所以,也稱為電子管計算機。
從1946年到1957年生產的電子管計算機,是世界上公認的第一代電子計算機。
那什麼是電子管呢?電子二極管是由一位叫費萊明的英國工程師在1904年發明的。電子二極管一端是燈絲,另一端是金屬片做成的電極。金屬片帶正電時,電流才能通過。因此,在電子二極管中,電流隻能朝一個方向流動,它可以用來檢測無線電波。電子二極管的發明,是電子技術的一個重大突破。
與此同時,世界上第一支電子三極管也誕生了。這是由傑出的英國科學家德福雷斯發明的。它是20世紀最偉大的發明之一。電子三極管有放大微弱信號的功能。後來,人們又製造出四極管、五極管等等。
電子管計算機雖然較以前的各種計算機有了很大改進,但它體積太大,笨重、造價高、可靠性差、操作困難、維修複雜、耗電量高,不能進行批量生產,無法得到普及,沒過多少年,它就被晶體管計算機所取代。
晶體管時代
早在古代,人們就發現了物體帶電現象,當時的書籍記載說用毛皮摩擦琥珀可以吸引小紙片、毛發等輕微物體。又經過了很長時間,到18世紀,人們發現在自然界,有些材料允許電流通過,比如:金、銀、銅等金屬,人們把這些材料叫導體;有些材料不允許電流通過,如玻璃、橡皮等,人們把這些材料叫絕緣體。後來,人們又發現,在自然界中還有一些材料,它們既不是導體,也不是絕緣體,它們允許電流通過的程度,介於導體和絕緣體之間,比如鍺矽的氧化物,人們把這些材料叫半導體。
半導體有一個顯著的特點:一旦它們受到光照或在它們中摻入極少量的雜質後,它們允許電流通過的能力會成百上千倍地提高。因此,科學家用半導體製成許多電子元件和器件。
1947年,世界著名的貝爾電話實驗室研製出了第一個半導體三極管,也就是晶體管。
晶體管有三個電極,通過三根導線引出管外。三個電極中有一個電極能起控製作用,如果給這一個電極通過電流,晶體管內部的電子開關就接通,另外兩個電極就會有電流通過;如果不給這個電極電流,開關就斷開,另外兩個電極也就沒有電流,這是晶體管的基本功能。晶體管還有放大功能,在它的一個電極上,給以一個微弱的信號,在另外兩個電極上就能得到較大的信號。
晶體管既能代替電子管工作,又能消除電子管的所有缺點,它沒有玻璃管殼,不需要真空,體積很小,生產成本很低,它的壽命比電子管長得多。
因此,晶體管問世後,立即得到了迅速發展並且代替了電子管的位置。現在,我們日常生活中已經到處可見它的蹤影。
1956年,美國首先研製成軍用小型晶體管計算機,1958年底到1959年初,第一批批量生產的民用晶體管計算機投入運行,這就是IBM1403機。它們標誌著晶體管計算機時代的到來。人們又稱晶體管計算機為第二代電子計算機。
晶體管計算機重量輕、體積小、耗電量小、成本低,因而在軍事、工業、農業、商業、科研等各行業逐步得到應用。
電路時代
我們知道,在電子計算機裏有許許多多電路,這些電路像一個個小型的交通控製係統,控製電流的往來,電流流通的路線由電路的形式決定。在電子管計算機中,電路是由單個電子管、電阻、電容等元件,經過焊接組裝成的。在晶體管計算機中,電路是由單個晶體管、電阻、電容等元件,經過焊接組裝成的。當科學家們采用先進的工藝技術,把微型化的晶體管、電阻、電容等元件集中組成電路,再把許許多多這樣的電路集中在一塊相當小的半導體矽片上,這就是集成電路。集成電路塊隻有大拇指那麼大,是在1969年由美國英特爾公司年輕的工程師霍夫研製成功的。
所謂中小規模集成電路是相對後來的“大規模”集成電路而言的。1960年誕生的第一塊集成電路,是小規模集成電路,在一平方毫米的矽片上形成一個電路。
采用中小規模集成電路製成的電子計算機,是第三代電子計算機。比如1964年生產的IBM360機。因采用了集成電路,大大縮短了信息傳輸的時間,降低了電路的故障,因而使計算機可靠性顯著提高,運算速度大增,已達到每秒幾百萬次,重量、體積、功耗、成本也大大減少。