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晶体管计算机:承前启后,人工智能与计算机教学研究

【摘要】:1955年,美国研制成功装在弹道导弹上的晶体管计算机,1956年又生产出用于军用飞机上的机载计算机。第二代计算机的显著特点,首先是所用的晶体管具有优越的性能,与电子管相比,晶体管省电、耐用、体积小、重量轻,全面提高了计算机的性能。第二代计算机在体系结构方面的重大进展是实现了多道程序并行处理,改变了过去计算机执行两个不同的任务必须有两个不同的程序状况。我国第一台晶体管电子计算机于1967年研制成功,运算速度每秒5000次。

在美国东部濒临太平洋加利福尼亚州有一个小小的不起眼的小镇,名叫帕洛·阿尔托,在它的附近有一条狭长的山谷,名叫圣克拉拉谷。这里气候温和,环境宜人,在20世纪30年代以前还是一块没有受到上帝青睐的冷清寂寞的土地。到了20世纪60年代,它却以“硅谷”的别称而扬名天下,成了当代“信息革命”的一个重要发源地。“硅谷”最早的播种人之一,是支持发明了半导体三极管晶体管)的杰出科学家肖克莱

1936年,肖克莱正在麻省理工学院攻读博士学位。一天,一位中年人彬彬有礼地拜访了他,热诚地邀请他毕业后到贝尔实验室工作。这位来访的中年人是当时担任贝尔实验室研究部真空管分部主任的物理学家凯利,是一位有远见的科技管理人员。自从20世纪初相继发明真空二极管、三极管以后,电子管器件一直在电子技术领域雄踞统治地位。但是它的许多缺点如寿命短、笨重、噪声大、能耗高、易破碎等,也越来越成为电子技术进一步发展的障碍。凯利在领导改进电子管的同时,一直在考虑寻求某种新的替代器件取代电子管,这项计划执行了两三年,因第二次世界大战中不少研究人员应召参加军事科学技术的研究而被迫中断。

1945年,肖克莱从海军重返贝尔实验室,经过反复实验,经历无数次失败和失败后新的探索,在1947年圣诞节的前两天终于做出了世界上第一只晶体管——点接触型半导体三极管。肖克莱锲而不舍地继续研究,在1950年研制出性能更优越的晶体三极管。这种以PNP结或NPN结为基本结构的晶体管,是现代晶体管的真正始祖。晶体管的发明和迅速应用,在许多领域逐渐取代电子管,使电子技术发生了一次革命。与此同时,美籍华人王安博士提出了“利用磁性材料进行存储”的原理。在此基础上,麻省理工学院的福雷斯特提出了用圆环磁芯存储数据的观点,并于1956年制成了磁芯存储器。1955年,美国研制成功装在弹道导弹上的晶体管计算机,1956年又生产出用于军用飞机上的机载计算机。1958年11月,第一批批量生产的大型晶体管通用计算机正式投入使用,标志着电子计算机开始进入第二代。

第二代计算机的显著特点,首先是所用的晶体管具有优越的性能,与电子管相比,晶体管省电、耐用、体积小、重量轻,全面提高了计算机的性能。

第二代计算机使用了磁记录设备,工作稳定,可以组成很大的存储体。同时,还出现了磁鼓,磁鼓是一个表面涂有磁性材料的高速旋转的鼓形圆筒。磁芯的工作速度比磁鼓快,但价格比磁鼓高,因此人们把相对小容量的磁芯和相对大容量的磁鼓配合使用,前者称为内存,后者称为外存,这样就有了存储分级的概念。(www.chuimin.cn)

第二代计算机在体系结构方面的重大进展是实现了多道程序并行处理,改变了过去计算机执行两个不同的任务必须有两个不同的程序状况。

程序发展迅速,提出了高级语言及其编译程序的思想,并且开发出“面向任务的语言”,如“FORTRAN”语言、“ALGOL”语言、“COBOL”语言等。

由于第二代计算机采用了性能优越的晶体管取代了电子管为逻辑元件,主存储器用磁芯,外存储器用磁鼓,程序语言方面快速发展,使得计算机总体性能大大提高,运算速度从每秒几千次提高到每秒几十万次,主存储器容量从几千字节提高到了十万字节。因而在科研和其他事物数据处理方面得到了广泛的应用,并用于航空、宇航和生产过程等实时控制系统。

我国第一台晶体管电子计算机于1967年研制成功,运算速度每秒5000次。