Electronic Computing: Crash Course Computer Science #2

Summary

本视频回顾了20世纪初至中期计算机技术的发展历程。早期的计算机设备，如制表机，对政府和商业活动产生了巨大影响，帮助执行或替代了重复性手动任务。随着人口增长和两次世界大战的爆发，全球贸易和交通网络的互联，以及工程和科学努力的复杂性增加，对自动化和计算的需求不断上升。早期的机电计算机逐渐演变为占据整个房间的大型机器，维护成本高昂且容易出错。1944年，IBM为盟军在第二次世界大战期间完成了哈佛马克I号，这是最大的机电计算机之一，包含76.5万个部件和500英里的电线。这些计算机的“大脑”是继电器，一种电控机械开关。然而，继电器的机械臂有质量，不能瞬间开关，限制了计算速度。哈佛马克I号每秒能执行3次加法或减法，乘法需要6秒，除法需要15秒。此外，机械部件的磨损和故障也是问题。1947年，哈佛马克II号的运营商从故障的继电器中取出了一只死蛾，这导致了“计算机bug”一词的诞生。为了推动计算技术的进步，需要一种更快、更可靠的替代继电器的方法，幸运的是，这种替代方法已经存在——电子管。1904年，英国物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明开发了第一个电子管，随后在1906年，美国发明家李·德福雷斯特添加了第三个“控制”电极，创造了三极管真空管，它没有移动部件，可以每秒切换数千次。这标志着从机电计算向电子计算的转变。视频还介绍了第一台大规模使用真空管的计算机——巨人马克1号，以及世界上第一台通用的可编程电子计算机ENIAC。到了1950年代，即使是基于真空管的计算机也达到了其极限，迫切需要一种新的电子开关——晶体管。1947年，贝尔实验室的科学家发明了晶体管，开启了计算的新纪元。晶体管比真空管更小、更快、更可靠，使得计算机变得更小、更便宜。许多晶体管和半导体的发展发生在加利福尼亚的圣克拉拉谷，也就是今天的硅谷。视频最后提出了一个问题：我们如何从晶体管过渡到实际的计算，尤其是在没有电机和齿轮的情况下？这个问题将在接下来的几集中解答。

Takeaways

• 📈 20世纪初，特殊用途的计算设备如制表机对政府和商业产生了巨大帮助，它们辅助甚至取代了重复的手工任务。
• 🌐 20世纪上半叶，世界人口几乎翻倍，两次世界大战动员了数千万人参战，全球贸易和交通网络前所未有地相互连接。
• 🚀 随着复杂性、官僚机构和数据的爆炸性增长，对自动化和计算的需求日益增加。
• 💻 早期的机电计算机逐渐发展成占据整个房间的巨型机器，维护成本高昂且容易出错。
• 🔌 继电器是这些巨型机电计算机的“大脑”，它们是电控机械开关，但存在速度慢和磨损的问题。
• 🔢 哈佛马克一号计算机每秒能执行3次加法或减法，乘法需要6秒，除法需要15秒。
• 🐞 1947年，哈佛马克二号计算机的故障中发现了一只死蛾，这引出了“计算机bug”一词。
• 🌟 约翰·安布罗斯·弗莱明在1904年开发了第一个真空管，这是一种新型的电子元件。
• 🛠️ 李·德弗雷斯特在1906年添加了第三个“控制”电极，创造了三极管真空管，它没有运动部件，开关速度更快。
• 📡 科洛萨斯计算机是第一个大规模使用真空管的计算机，它是第一台可编程的电子计算机。
• 🔢 ENIAC是第一台真正通用的可编程电子计算机，每秒能执行5000个十位数的加法或减法。
• 🚨 20世纪50年代，真空管计算机也达到了其物理极限，需要一种新的电子开关。
• 📍 1947年，贝尔实验室的科学家发明了晶体管，开启了计算的新时代。
• ⚙️ 晶体管是一种开关，可以通过控制线施加电力来打开或关闭，它们比真空管更小、更快、更可靠。
• 🏭 加州的圣克拉拉谷成为了半导体发展的中心，后来被称为硅谷。
• 📉 从继电器到真空管再到晶体管，计算技术的发展极大地提高了电的开关速度，为后续的计算机发展奠定了基础。

Q & A

20世纪初期，特殊用途的计算设备对政府和商业有什么影响？

20世纪初期，特殊用途的计算设备，如制表机，对政府和商业产生了巨大的推动作用，它们帮助并有时取代了机械的手工任务，提高了数据处理的效率。

为什么20世纪上半叶对自动化和计算的需求不断增加？

20世纪上半叶，由于人口规模的快速增长、两次世界大战的动员、全球贸易和交通网络的互联以及工程和科学事业的复杂性增加，导致了对自动化和计算的日益增长的需求。

哈哈佛马克一号（Harvard Mark I）是由哪家公司为哪个目的建造的？

哈佛马克一号是由IBM公司为第二次世界大战期间的盟友建造的，它包含了765,000个组件、三百万次连接和五百英里的电线。

什么是中继器（relay），它如何工作？

中继器是一种电控机械开关，它通过控制线来决定电路是打开还是关闭。控制线连接到中继器内部的线圈，当电流流过线圈时，会产生一个电磁场，吸引中继器内部的金属臂，使其闭合电路。

哈佛马克一号的计算速度有多快？

哈佛马克一号每秒可以执行3次加法或减法运算，乘法需要6秒，除法需要15秒。更复杂的操作，如三角函数，可能需要超过一分钟。

为什么机械中继器的移动速度不够快？

机械中继器内部的机械臂具有质量，因此不能在打开和关闭状态之间瞬间移动。即使在1940年代性能良好的中继器也只能每秒来回切换五十次。

计算机中“bug”一词是如何来的？

1947年9月，哈佛马克二号的操作员从一个故障的中继器中取出了一只死蛾。随后，计算机科学家Grace Hopper注意到这一点，并创造了“bug”一词来描述计算机中的错误。

约翰·安布罗斯·弗莱明在1904年开发了哪种电子元件？

约翰·安布罗斯·弗莱明在1904年开发了一种名为热离子阀门的电子元件，这是第一个真空管。

三极管真空管相比机械中继器有哪些优势？

三极管真空管没有移动部件，这意味着磨损更少，而且它们可以每秒切换数千次，比机械中继器快得多。

科洛萨斯马克1（Colossus Mk 1）是什么时候由谁设计的？

科洛萨斯马克1是在1943年12月由工程师汤米·弗劳尔斯设计的，它被安装在英国的布莱切利公园，帮助解密纳粹通信。

ENIAC是世界上第一台真正通用的可编程电子计算机，它是在哪一年完成的？

ENIAC是在1946年在宾夕法尼亚大学完成的，由约翰·莫克利和J.普雷舍·埃克特设计。

晶体管相比真空管有哪些改进？

晶体管是固态组件，比真空管更坚固、更不易损坏，而且体积更小，可以每秒切换状态一万次，比真空管快得多。

为什么硅谷被称为硅谷？

硅谷位于加利福尼亚州的旧金山和圣何塞之间，由于该地区用于制造半导体的最常见材料是硅，因此这个地区被称为硅谷。

IBM 608是何时发布的，它有什么特点？

IBM 608是在1957年发布的，它是第一台完全由晶体管驱动的商业可用计算机。它包含了3000个晶体管，每秒可以执行4500次加法或大约80次乘法或除法运算。