電子管計算機

第一代電子計算機雖然在當今人們看來相當笨拙，體積大，造價高，操作困難，但正是它開闢了計算機發展之路，使人類社會生活發生了轟轟烈烈的變化。第一代電子計算機指從1946年到1958年間的電子計算機。這時的計算機的基本線路是採用電子管結構，程序從人工手編的機器指令程序，過渡到符號語言，第一代電子計算機是計算工具革命性發展的開始，它所採用的二進位制與程序存貯等基本技術思想，奠定了現代電子計算機技術基礎。

1946年2月14號，取名為ENIAC的第一台電子計算機在美國賓夕法尼亞大學誕生。但它體積龐大，並且屬於程序外插型，使用起來並不方便。計算機運算幾分鐘或幾小時，需要用幾小時到幾天來編插程序。當ENIAC的研製接近成功時，曾任職伯丁試炮場顧問的馮·諾依曼知道了這一消息。他在仔細研究過ENIAC的優缺點后，在別人的協助下，於1946年給出了一個新機EDVAC的設計方案，這個方案中的計算機包括計算器、控制器、存儲器、輸入輸出裝置，為提高運算速度首次在電子計算中採用了二進位，並實現了程序內存。它使全部運算真正成為自動過程。到目前為止，它是一切電子計算機設計的基礎。英國劍橋大學於1949年最先製成了世界第一台用電子延遲存貯的程序內存電子計算機EDSAC。馮·諾依曼的EDVAC幾經周折，在1952年終於製成。另外，由於美籍華人王安在1950年提出了用磁芯存貯數據的思想，麻省理工學院的福雷斯特發明了磁芯存貯器，這種存貯器在50－70年代一直被用作幾乎所有電子計算機的主存貯器。

1904年，世界上第一隻電子管在英國物理學家弗萊明的手下誕生了。弗萊明為此獲得了這項發明的專利權。人類第一隻電子管的誕生，標誌著世界從此進入了電子時代。世界上第一台計算機用1.8萬隻電子管，佔地170m*2，重30t，耗電150kW。

說起電子管的發明，我們首先得從“愛迪生效應”談起。愛迪生這位舉世聞名的大發明家，在研究白熾燈的壽命時，在燈泡的碳絲附近焊上一小塊金屬片。結果，他發現了一個奇怪的現象：金屬片雖然沒有與燈絲接觸，但如果在它們之間加上電壓，燈絲就會產生一股電流，趨向附近的金屬片。這股神秘的電流是從哪裡來的？愛迪生也無法解釋，但他不失時機地將這一發明註冊了專利，並稱之為“愛迪生效應”。後來，有人證明電流的產生是因為熾熱的金屬能向周圍發射電子造成的。但最先預見到這一效應具有實用價值的，則是英國物理學家和電氣工程師弗萊明。

弗萊明的二極體是一項嶄新的發明．它在實驗室中工作得非常好．可是，不知為什麼，它在實際用於檢波器上卻很不成功，還不如同時發明的礦石檢波器可靠．因此，對當時無線電的發展沒有產生什麼衝擊．

此後不久，貧困潦倒的美國發明家德福雷斯特，在二極體的燈絲和板極之間巧妙地加了一個柵板，從而發明了第一隻真空三極體．這一小小的改動，竟帶來了意想不到的結果．它不僅反應更為靈敏、能夠發出音樂或聲音的振動，而且，集檢波、放大和振蕩三種功能於一體．因此，許多人都將三極體的發明看作電子工業真正的誕生起點．德福雷斯特自己也非常驚喜，認為“我發現了一個看不見的空中帝國”．電子管的問世，推動了無線電電子學的蓬勃發展．到1960年前後，西方國家的無線電工業年產10億隻無線電電子管．電子管除應用於電話放大器、海上和空中通訊外，也廣泛滲透到家庭娛樂領域，將新聞、教育節目、文藝和音樂播送到千家萬戶．就連飛機、雷達、火箭的發明和進一步發展，也有電子管的一臂之力。

三條腿的魔術師電子管在電子學研究中曾是得心應手的工具．電子管器件歷時40餘年一直在電子技術領域裡佔據統治地位．但是，不可否認，電子管十分笨重，能耗大、壽命短、雜訊大，製造工藝也十分複雜．因此，電子管問世不久，人們就在努力尋找新的電子器件．第二次世界大戰中，電子管的缺點更加暴露無遺．在雷達工作頻段上使用的普通的電子管，效果極不穩定．移動式的軍用器械和設備上使用的電子管更加笨拙，易出故障．因此，電子管本身固有的弱點和迫切的戰時需要，都促使許多科研單位和廣大科學家，集中精力，迅速研製成功能取代電子管的固體元器件．後來電子管被替代，電子管的替代產品叫晶體管。

1.燈絲電壓：V；2.燈絲電流：mA；3.陽極電壓：V；4.陽極電流：mA；5.柵極電壓：V；6.柵極電流：mA；7.陰極接入電阻：Ω；8.輸出功率：W；9.跨導：mA/v；10.內阻:kΩ。

放大因數μ=陽極電壓Uak/柵極電壓Ugk

表示在維持陽極電流不變的情況下，陽極電壓與柵極電壓的比值。

跨導S=陽極電流Ia/柵極電壓Ugk

表示在維持陽極電壓不變的情況下，柵極電壓若有一個單位（如mV）的電壓變化時將引起陽極電流有多少個單位的變化。

內阻Ri=柵極電壓Uak/陽極電流Ia

表示在維持柵極電壓不變的情況下，陽極電流若有一個單位（如mA）的電壓變化時將引起陽極電壓有多少個單位的變化。

上面的幾個值也可以表述為放大因數μ=跨導S乘以內阻Ri

ENIAC及ENIAC的總設計師莫奇利世界上第一台電子計算機是個龐然大物：重30噸，佔地170平方米，肚子里裝有18800隻電子管。它是1946年，在美國賓夕法尼亞大學誕生的。

在第二次世界大戰中，敵對雙方都使用了飛機和火炮，猛烈轟炸對方軍事目標。要想打得准，必須精確計算並繪製出"射擊圖表"。經查表確定炮口的角度，才能使射出去的炮彈正中飛行目標。但是，每一個數都要做幾千次的四則運算才能得出來，十幾個人用手搖機械計算機算幾個月，才能完成一份"圖表"。針對這種情況，人們開始研究把電子管作為"電子開關"來提高計算機的運算速度。許多科學家都參加了實驗和研究，終於製成了世界上第一台電子計算機，起名為"埃尼阿克"。

20世紀40年代中期，美國賓夕法尼亞大學電工系由莫利奇和艾克特領導，為美國陸軍軍械部阿伯丁彈道研究實驗室研製了一台用於炮彈彈道軌跡計算的“電子數值積分和計算機”(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator簡稱ENIAC)。這台叫做“埃尼阿克”的計算機佔地面積170平方米，總重量30噸，使用了18000隻電子管，6000個開關，7000隻電阻，10000隻電容，50萬條線，耗電量140千瓦，可進行5000次加法/秒運算。這個龐然大物於1946年2月15日在美國舉行了揭幕典禮。這台計算機的問世，標誌著電腦時代的開始。

最早之前電腦的前身是一種叫"加法器"的東西，是由法國的一位數學家"巴斯卡"所發明後來又漸漸改良，可以做-*/的四則運算的"差分機"。

1801年法國人約瑟夫？傑誇德(JosephJacquard)發明使用打孔卡(Punchedcarboardcard)。這對未來電腦的發展引進兩個重要的觀念：

一、資訊可以在打孔卡片上編碼(Coded)，也就是寫程式。

二、資訊可以儲存在卡片上，而且當這些卡片成串的組合在一起，就可以做為一連串的指令，也就是程式。之後出現了一個人，在歷史上我們稱他為"電腦之父"—"巴貝基(CharlesBabbage)"他做了一部功能更強的機器，稱為分析機(Analyticalengine)，這部機器在觀念上就與現代電腦極為相似...這些發明是用來輔助計算的工具，尚沒有記憶與儲存資料的功能，因此不能稱為"電腦"(如果嚴格定義電腦的功能的話)一直到了1946，美國的毛琪利與愛克特發明了第一代電腦—ENIAC，而第一代的電腦有2間教室大，當時的電腦零件是真空管，而存檔的東西是一種打孔卡片。

所以，電腦的發明是一群科研人員共同努力的成果，但其中數學家馮·諾依曼的設計思想在其中起到了關鍵作用，所以馮·諾依曼被稱為現代計算機之父。

第一代計算機的特點是操作指令是為特定任務而編製的，每種機器有各自不同的機器語言，功能受到限制，速度也慢。另一個明顯特徵是使用真空電子管和磁鼓儲存數據。第一台電子管計算機（ENIAC)佔地170平方米，重30噸，有1.8萬個電子管，用十進位計算，每秒運算5000次由於電子管體積大、功耗大、發熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結構脆弱而且需要高壓電源的缺點，存儲器採用水銀延遲線．在這個時期，沒有系統軟體，用機器語言和彙編語言編程．計算機只能在少數尖端領域中得到運用，一般用於科學，軍事和財務等方面的計算．它的絕大部分用途已經基本被固體器件晶體管所取代。但是電子管負載能力強，線性性能優於晶體管，在高頻大功率領域的工作特性要比晶體管更好，所以仍然在一些地方（如大功率無線電發射設備）繼續發揮著不可替代的作用。

作為第一代計算機，它是承上啟下的一類計算機。推動著計算機的發展。