第一代电子计算机的基本元件是真空电子管。电子管元件本身体积大、能耗高、故障多,采用电子管元件制造的计算机都是些重达几十吨的庞然大物,使用十分不便,这些都使计算机的发展受到限制。后来,晶体管被发明出来,电子计算机终于找到了腾飞的起点。
1958—1964年期间设计的计算机通常被称为第二代电子计算机。第二代电子计算机采用晶体管逻辑元件及快速磁芯存储器,计算机的体积不断缩小,功能不断增强,可以运行用FORTRAN语言或COBOL语言编写的程序,可以接受英文字符命令。
晶体管是一种固体半导体器件,有单极型和双极型两种,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。单极型晶体管也称场效应管,它是一种电压控制型器件,由输入电压产生的电场效应来控制输出电流的大小,工作时只有一种载流子参与导电。双极型晶体管也称晶体三极管,它是一种电流控制型器件,由输入电流控制输出电流,工作时有电子和空穴两种载流子参与导电。
无论多么优良的电子管,都会在使用过程中产生损耗,导致性能下降。而晶体管的构件很少损耗,寿命一般比电子管长100到1000倍。晶体管消耗的电能仅为电子管的十分之一或几十分之一,而功耗对计算机来说是一个非常重要的性能指标。
RCA501Ⓢ
IBM7090Ⓦ
ATLASⓄ
441-BⓈ
继美国贝尔实验室于1954年组装出第一台纯晶体管计算机TRADIC之后,美国无线电公司于1958年制成了一台全部使用晶体管的计算机RCA 501,运算速度提高到每秒几十万次,主存储器的存储量提高到10万位以上。
1959年,IBM公司生产出全部晶体管化的计算机IBM 7090。IBM 7090是IBM 700/7000系列科学计算机的第三个产品,使用穿孔卡片,有32K内存,用户数据在内存和一台磁鼓之间切换。
随着英国物理学家对更多计算能力的需求,曼彻斯特大学的基尔伯恩和他的团队开始了自己的超级计算机计划。他们的目标是制造一台多用户机,可以每秒执行大约100万条指令,主存储器最小要有500K。这个计划的项目名称起先叫做MUSE,后来,为英国国防部生产陀螺仪瞄准器和敌我识别雷达系统的英国费兰梯公司加入了该项目,双方合作后,该项目更名为ATLAS。1961年,世界上最大的晶体管计算机ATLAS安装完毕。1962年,第一台ATLAS交付曼彻斯特大学使用。
1961年9月,后来当选中国科学院院士的慈云桂随中国计算机代表团赴英参加学术会议,深感全晶体管化是计算机的未来。1962年3月,晶体管计算机设计组成立,哈尔滨军事工程学院的见习助教康鹏担任副组长。康鹏发明了“隔离—阻塞振荡器”,解决了晶体管性能不稳的问题,后来又以“双边推拉”的思路解决了触发器“一触即发,谁触都翻”的问题。1964年11月,运行速度为每秒2万次的中国第一台全晶体管计算机441-B研制成功,应用于“两弹一星”、歼6飞机等项目,以及中国电信、大庆油田等企业。
康鹏Ⓢ