晶體管計算機(jī) - 計算機(jī)
晶體管計算機(jī)是指20世紀(jì)50年代末到60年代的計算機(jī)。主機(jī)采用晶體管等半導(dǎo)體器件，以磁鼓和磁盤為輔助存儲器，采用算法語言（高級語言）編程，并開始出現(xiàn)操作系統(tǒng)。由于采用晶體管代替電子管，所以很輕，且運(yùn)算速度比較快，達(dá)到每秒幾十萬次 。晶體管計算機(jī)的基本邏輯元器件由電子管改為晶體管 - Transistor，內(nèi)存儲器大量使用磁性材料制成的磁芯，外存儲器采用磁盤。與此同時，計算機(jī)軟件技術(shù)也有了較大發(fā)展，提出了操作系統(tǒng)的概念；編程語言除了匯編語言外，還開發(fā)了Ada、 FORTRAN、 COBOL等高級程序設(shè)計語言，使計算機(jī)的工作效率大大提高 。
簡介
這是第二代電子計算機(jī)。在20世紀(jì)50年代之前第一代，計算機(jī)都采用電子管作元件。電子管元件在運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量
太多，可靠性較差，運(yùn)算速度不快，價格昂貴，體積龐大，這些都使計算機(jī)發(fā)展受到限制。于是，晶體管開始被用來作計算機(jī)的元件。晶體管不僅能實(shí)現(xiàn)電子管的功能，又具有尺寸小、重量輕、壽命長、效率高、發(fā)熱少、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。使用晶體管后，電子線路的結(jié)構(gòu)大大改觀，制造高速電子計算機(jī)就更容易實(shí)現(xiàn)了。
第一代計算機(jī)（電子管計算機(jī)）使用的是“定點(diǎn)運(yùn)算制”，參與運(yùn)算數(shù)的絕對值必須小于1；而第二代計算機(jī)（晶體管計算機(jī)）增加了浮點(diǎn)運(yùn)算，使數(shù)據(jù)的絕對值可達(dá)2的幾十次方或幾百次方，計算機(jī)的計算能力實(shí)現(xiàn)了一次飛躍。同時，用晶體管取代電子管，使得第二代計算機(jī)體積大大減小，壽命延長，價格降低，為計算機(jī)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件
發(fā)展
真空管時代的計算機(jī)盡管已經(jīng)步入了現(xiàn)代計算機(jī)的范疇，但因其體積大、能耗高、故障多、價格貴，從而制約了它的普及和應(yīng)用。直到晶體管被發(fā)明出來，電子計算機(jī)才找到了騰飛的起點(diǎn)。
1947年:Bell 實(shí)驗室的William B.Shockley 、 John Bardeen 和Walter H.Brattain 發(fā)明了晶體管，開辟了電子時代新紀(jì)元。
1949年:劍橋大學(xué)的Wilkes 和他的小組制成了一臺可以存儲程序的計算機(jī)，輸入輸出設(shè)備仍是紙帶。
1949年:EDVAC - Electronic Discrete Variable Automatic Computer–電子離散變量自動計算機(jī)–第一臺使用磁帶的計算機(jī)。這是一個突破，可以多次在磁帶上存儲程序。這臺機(jī)器是John von Neumann 提議建造的。
1950年:日本東京帝國大學(xué)的Yoshiro Nakamats 發(fā)明了軟磁盤 ，其銷售權(quán)由IBM公司獲得 。由此開創(chuàng)了存儲時代的新紀(jì)元。
1951年:Grace Murray Hopper 完成了高級語言編譯器。
1951年:UNIVAC-1 –第一臺商用計算機(jī)系統(tǒng)誕生，設(shè)計者是J.Presper Eckert 和John Mauchly。被美國人口普查部門用于人口普查，標(biāo)志著計算機(jī)進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用時代。
1953年:磁芯存儲器被開發(fā)出來。
1954年:IBM 的John Backus 和他的研究小組開始開發(fā)FORTRAN - FORmula TRANslation ，1957 年完成。這是一種適合科學(xué)研究使用的計算機(jī)高級語言。
1957年:IBM 開發(fā)成功第一臺點(diǎn)陣式打印機(jī)。
晶體管
晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)，和一般機(jī)械開關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，在實(shí)驗室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。半導(dǎo)體三極管，是內(nèi)部含有兩個PN結(jié)，外部通常為三個引出電極的半導(dǎo)體器件。它對電信號有放大和開關(guān)等作用，應(yīng)用十分廣泛。輸入級和輸出級都采用晶體管的邏輯電路，叫做晶體管－晶體管邏輯電路，書刊和實(shí)用中都簡稱為TTL電路，它屬于半導(dǎo)體集成電路的一種，其中用得最普遍的是TTL與非門。TTL與非門是將若干個晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的硅片上，封裝成一個獨(dú)立的元件。半導(dǎo)體三極管是電路中應(yīng)用最廣泛的器件之一，在電路中用“V”或“VT”（舊文字符號為“Q”、“GB”等）表示。半導(dǎo)體三極管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極 - Base 和集電極（Collector）；場效應(yīng)晶體管的三個極，分別是源極 （Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。晶體管因為有三種極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、CE組態(tài)）、基極接地、集電極接地。最常用的用途應(yīng)該是屬于訊號放大這一方面，其次是阻抗匹配、訊號轉(zhuǎn)換……等，晶體管在電路中是個很重要的組件，許多精密的組件主要都是由晶體管制成的。三極管的導(dǎo)通 三極管處于放大狀態(tài)還是開關(guān)狀態(tài)要看給三極管基極加的直流偏置，隨這個電流變化，三極管工作狀態(tài)由截止-線性區(qū)-飽和狀態(tài)變化而變， 如果三極管Ib（直流偏置點(diǎn)）一定時，三極管工作在線性區(qū)，此時Ic電流的變化只隨著Ib的交流信號變化，Ib繼續(xù)升高，三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時三極管的Ic不再變化，三極管將工作在開關(guān)狀態(tài)。 三極管為開關(guān)管使用時工作在飽和狀態(tài)1，用放大狀態(tài)1表示不是很科學(xué)。請對照三極管手冊的Ib；Ic曲線加以參考我的回答來理解三極管的工作狀態(tài)，三極管be結(jié)和ce結(jié)導(dǎo)通三極管才能正常工作。
如果三極管沒有加直流偏置時，放大電路時輸入的交流正弦信號正半周時，基極對發(fā)射極而言是正的，由于發(fā)射結(jié)加的是反向電壓，此時沒有基極電流和集電極電流，此時集電極電流變化與基極反相，在輸入電壓的負(fù)半周，發(fā)射極電位對于基極電位為正的，此時由于發(fā)射極加的是正向電壓，才有基極和集電極電流通過，此時集電極電流變化與基極同相， 在三極管沒有加直流偏置時三極管be結(jié)和ce結(jié)導(dǎo)通，三極管放大電路將只有半個波輸出將產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。
晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，在重要性方面可以與印刷術(shù)，汽車和電話等發(fā)明相提并論。晶體管實(shí)際上是所有現(xiàn)代電器的關(guān)鍵活動（active）元件。晶體管在當(dāng)今社會的重要性，主要是因為晶體管可以使用高度自動化的過程，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的能力，因而可以不可思議地達(dá)到極低的單位成本。雖然數(shù)以百萬計的單體晶體管還在使用，但是絕大多數(shù)的晶體管是和電阻、電容一起被裝配在微芯片（芯片）上以制造完整的電路。模擬的或數(shù)字的或者這兩者被集成在同一塊芯片上。設(shè)計和開發(fā)一個復(fù)雜芯片的成本是相當(dāng)高的，但是當(dāng)分?jǐn)偟酵ǔ０偃f個生產(chǎn)單位上，每個芯片的價格就是最小的。一個邏輯門包含20個晶體管，而2005年一個高級的微處理器使用的晶體管數(shù)量達(dá)2.89億個。晶體管的低成本、靈活性和可靠性使得其成為非機(jī)械任務(wù)的通用器件，例如數(shù)字計算。在控制電器和機(jī)械方面，晶體管電路也正在取代電機(jī)設(shè)備，因為它通常是更便宜、更有效地，僅僅使用標(biāo)準(zhǔn)集成電路并編寫計算機(jī)程序來完成同樣的機(jī)械任務(wù)，使用電子控制，而不是設(shè)計一個等效的機(jī)械控制。因為晶體管的低成本和后來的電子計算機(jī)、數(shù)字化信息的浪潮來到了。由于計算機(jī)提供快速的查找、分類和處理數(shù)字信息的能力，在信息數(shù)字化方面投入了越來越多的精力。今天的許多媒體是通過電子形式發(fā)布的，最終通過計算機(jī)轉(zhuǎn)化和呈現(xiàn)為模擬形式。受到數(shù)字化革命影響的領(lǐng)域包括電視、廣播和報紙。
※ 英文簡述
A transistor is a semiconductor device, commonly used as an amplifier or an electrically controlled switch. The transistor is the fundamental building block of the circuitry that governs the operation of computers, cellular phones, and all other modern electronics.
Because of its fast response and accuracy, the transistor may be used in a wide variety of digital and analog functions, including amplification, switching, voltage regulation, signal modulation, and oscillators. Transistors may be packaged individually or as part of an integrated circuit, which may hold a billion or more transistors in a very small area.
1947年12月，美國貝爾實(shí)驗室的肖克萊、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管。晶體管的問世，是20世紀(jì)的一項重大發(fā)明，是微電子革命的先聲。晶體管出現(xiàn)后，人們就能用一個小巧的、消耗功率低的電子器件，來代替體積大、功率消耗大的電子管了。晶體管的發(fā)明又為后來集成電路的降生吹響了號角。
20世紀(jì)最初的10年，通信系統(tǒng)已開始應(yīng)用半導(dǎo)體材料。20世紀(jì)上半葉，在無線電愛好者中廣泛流行的礦石收音機(jī)，就采用礦石這種半導(dǎo)體材料進(jìn)行檢波。半導(dǎo)體的電學(xué)特性也在電話系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。?
晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當(dāng)時工程師利蓮費(fèi)爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的專利。但是，限于當(dāng)時的技術(shù)水平，制造這種器件的材料達(dá)不到足夠的純度，而使這種晶體管無法制造出來。
由于電子管處理高頻信號的效果不理想，人們就設(shè)法改進(jìn)礦石收音機(jī)中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器里，有一根與礦石（半導(dǎo)體）表面相接觸的金屬絲（像頭發(fā)一樣細(xì)且能形成檢波接點(diǎn)），它既能讓信號電流沿一個方向流動，又能阻止信號電流朝相反方向流動。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，貝爾實(shí)驗室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質(zhì)的鍺晶體的性能不僅優(yōu)于礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。 在第二次世界大戰(zhàn)期間，不少實(shí)驗室在有關(guān)硅和鍺材料的制造和理論研究方面，也取得了不少成績，這就為晶體管的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。 為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實(shí)驗室加緊了對固體電子器件的基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導(dǎo)體材料，探討用半導(dǎo)體材料制作放大器件的可能性。1945年秋天，貝爾實(shí)驗室成立了以肖克萊為首的半導(dǎo)體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。布拉頓早在1929年就開始在這個實(shí)驗室工作，長期從事半導(dǎo)體的研究，積累了豐富的經(jīng)驗。他們經(jīng)過一系列的實(shí)驗和觀察，逐步認(rèn)識到半導(dǎo)體中電流放大效應(yīng)產(chǎn)生的原因。布拉頓發(fā)現(xiàn)，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細(xì)針并通上電流，然后讓另一根細(xì)針盡量靠近它，并通上微弱的電流，這樣就會使原來的電流產(chǎn)生很大的變化。微弱電流少量的變化，會對另外的電流產(chǎn)生很大的影響，這就是“放大”作用,布拉頓等人，還想出有效的辦法，來實(shí)現(xiàn)這種放大效應(yīng)。他們在發(fā)射極和基極之間輸入一個弱信號，在集電極和基極之間的輸出端，就放大為一個強(qiáng)信號了。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，上述晶體三極管的放大效應(yīng)得到廣泛的應(yīng)用,巴丁和布拉頓最初制成的固體器件的放大倍數(shù)為50左右。不久之后，他們利用兩個靠得很近 - 相距0.05毫米的觸須接點(diǎn)，來代替金箔接點(diǎn)，制造了“點(diǎn)接觸型晶體管”。1947年12月，這個世界上最早的實(shí)用半導(dǎo)體器件終于問世了，在首次試驗時，它能把音頻信號放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。
在為這種器件命名時，布拉頓想到它的電阻變換特性，即它是靠一種從“低電阻輸入”到“高電阻輸出”的轉(zhuǎn)移電流來工作的，于是取名為trans-resister - 轉(zhuǎn)換電阻，后來縮寫為transister，中文譯名就是晶體管。
由于點(diǎn)接觸型晶體管制造工藝復(fù)雜，致使許多產(chǎn)品出現(xiàn)故障，它還存在噪聲大、在功率大時難于控制、適用范圍窄等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，肖克萊提出了用一種"整流結(jié)"來代替金屬半導(dǎo)體接點(diǎn)的大膽設(shè)想。半導(dǎo)體研究小組又提出了這種半導(dǎo)體器件的工作原理。
1950年，第一只“面結(jié)型晶體管”問世了，它的性能與肖克萊原來設(shè)想的完全一致。今天的晶體管，大部分仍是這種面結(jié)型晶體管。
1956年，肖克萊、巴丁、布拉頓三人，因發(fā)明晶體管同時榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。