1. 早期计算设备的局限性
- 机电计算机的兴起
- 20世纪初，制表机等专用计算设备辅助人工任务，但社会规模扩张（如人口翻倍、两次世界大战动员数千万人）推动自动化需求。
- 哈佛Mark I（1944年）：
- 由IBM为二战同盟国建造，含76.5万个组件、300万连接点和500英里导线。
- 使用继电器（机械开关）控制电路，但存在速度慢（每秒仅3次加减法）、易磨损、故障率高等问题。
- “计算机bug”起源：1947年，Harvard Mark II因昆虫故障催生该术语。
- 继电器的缺陷
- 机械结构导致响应慢（1秒约50次切换）、磨损快（需频繁更换）、可靠性低（故障概率随继电器数量增加）。
2. 真空管的革命性替代
- 技术突破
- 热电子管（真空管）：
- 1904年由弗莱明发明，利用加热电极发射电子实现单向电流（二极管）。
- 1906年李·德富雷斯特加入控制电极，实现电流开关（三极管），无机械部件，切换速度达数千次/秒。
- 应用场景：
- 早期用于无线电、电话，后成为计算机核心组件。
- Colossus MK 1（1943年）：首台可编程电子计算机，含1600个真空管，用于破解纳粹密码。
- ENIAC（1946年）：首台通用可编程电子计算机，5000次十位数加减法/秒，但故障频繁（约半天需停机维修）。
- 热电子管（真空管）：
3. 晶体管的诞生与计算机新时代
- 晶体管（1947年）
- 贝尔实验室发明，由半导体材料（如硅）构成，通过控制电极调节导电性。
- 优势：
- 无机械部件，更可靠、更小、更快（每秒开关1万次）。
- 体积小（如IBM 608含3000个晶体管）、功耗低、寿命长。
- 商业化：
- 推动计算机小型化（如IBM 608为首款商用全晶体管计算机）。
- 促成“硅谷”形成（半导体产业聚集地）。
- 后续影响
- 晶体管取代真空管，成为现代计算机基础。
- 引发半导体产业革命（如英特尔等公司崛起）。
4. 关键转折点
| 阶段 | 核心技术 | 代表设备 | 里程碑意义 |
|---|---|---|---|
| 机电时代 | 继电器 | 哈佛Mark I | 首次大规模自动化计算，但效率低下 |
| 电子管时代 | 真空管 | Colossus、ENIAC | 可编程电子计算机诞生，速度提升 |
| 晶体管时代 | 晶体管 | IBM 608 | 计算机小型化、普及化开端 |
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