Küsimus:
Millised tehnilised edusammud sillutasid teed "kaasaegsetele" arvutitele?
Tom Au
2015-01-23 05:16:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

"Kaasaegsete arvutite" all pean ma silmas elektroonilisi programmeeritavaid arvuteid, näiteks selliseid, mis töötati välja umbes 20. sajandi keskpaigas.

Olen aru saanud, et varased arvutid, nagu Charles Babbage'i "arvutusmasinad", töötasid peamiselt mehaanilistel põhimõtetel, nagu tänapäevane "abacus". Ilmselt olid hilisemad masinad elektroonilisemad. Ma räägin arvutitest, mis on arenenud vaakumtorude kasutamisest, transistoridest integreeritud vooluahelateni ja lõpuks ränikiipideni.

Mis tehnika areng võimaldas ülaltoodud üleminekut füüsilistelt vahenditelt (nt vaakumtorud) elektroonilistele tähendab (nt transistorid), kui ta seda tegi (20. sajandi keskpaik)?

Kas transistor ise loeks?
@HDE226868: Jah, väikese taustaga selle kohta, kuidas see "konstrueeriti" ja kuidas see arvuteid mõjutas. Tee seda.
Arvutid leiutati, et dešifreerida ka WW22-st pärit side, kui te seda küsite.
@VladimirCravero: iseloomustaksin teie vastust kui "sooja". Teie kontekstis oleks küsimus: "millised inseneriteaduse edusammud viisid nende kommunikatsiooni arenguteni, mis viisid arvutite arenguni?"
ma arvan, et see sõltub sellest, mida sa arvuti all mõtled. Turingi masin tehti teoreetiliselt enne II maailmasõda, kuid sõja ajal töötas ta krüptoanalüütikuna (õigekirjaõpetus) ja suutis ehitada toredaid platvorme, mis olid esimesed programmeeritavad arvutid.
@VladimirCravero: kirjutasin "elektroonilised programmeeritavad arvutid".
See küsimus on tõesti liiga lai. Selle vastamiseks peaksime kirjutama terve raamatu. Mõistlikum võiks olla eraldi küsimus näiteks vaakumtorude kohta.
Kolm vastused:
#1
+9
HDE 226868
2015-01-23 06:01:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Transistor

transistor oli südames olnud vaakumtoru revolutsiooniline asendus arvuteid 20. sajandi esimesel poolel. Vaakumtorudel endil oli ainult kaks peamist probleemi: nad olid võimsanäljas ja nad olid suhteliselt suured. Nende asendajate suhtes, see tähendab. Neil oli ka kalduvus töötamise ajal läbi põleda või lekkida, mis võib osutuda katastroofiliseks.

1947. aastal olid John Bardeen ja Walter Brattain koos Belli ülemusega William Shockley Labs, edukalt võimendades elektrivoolu, kasutades germaaniumi. Seda "punkt-kontakttransistorit", nagu seda nimetati, kasutati peagi arvutuste kiirendamiseks ning arvutite väiksemaks ja tõhusamaks muutmiseks.

Hea näide transistorist ja vaakumtoru on Manchesteri ülikoolis välja töötatud Manchester Computers konstruktsioon. Esimene, väikesemahuline eksperimentaalne masin (SSEM) (välja töötatud 1947. aastal), oli tipptasemel katsepaik arvutitehnoloogia uutele uuendustele, näiteks Williamsi torule. Kuid ikkagi kasutati vaakumtorusid. Sellel oli 550 ventiili ja see võttis 3500 vatti võimsust.

SSEM-i järeltulija Manchester Mark 1 (välja töötatud 1949. aastal) oli palju võimsam. See kasutas 4050 ventiili ja tarbis 25000 vatti energiat. Ometi kasutas 1955. aastal ehitatud tabavalt nimetatud Transistor Computer ainult 200 transistorit ja 1300 dioodi ning ainult 150 vatti. See ei olnud esimene arvuti, mis kasutas ainult vaakumtorusid, kuid see oli tohutu samm edasi.

Raske on täpselt öelda, miks transistor just siis loodi (vastan teie küsimus nüüd), kuid võib väita, et II maailmasõja arvutuslikud edusammud (näiteks Harvard Mark I) tagasid arvutustes palju uusi edusamme; transistor oli juhtumisi üks neist.

Integreeritud vooluahel

Umbes kümme aastat pärast transistori välja töötatud integreeritud vooluringil oli ka arvutustele sügav mõju. Selle töötas välja Jack Kilby 1958. aastal - kuigi paljud teised olid sellel teel osalenud ja on vaidlusi, kes peaks selle kõigepealt leiutamise eest krediiti saama - Texases Pillid. Ta kasutas pooljuhte kogu arvutikiibi - integraallülituse loomiseks.

Integreeritud vooluahel võib sisaldada uskumatult palju transistore ja just selle keerukuse ja kompaktsuse tõttu on see nii kasulik . Tootmine oli ka palju lihtsam ja kiirem. Integreeritud vooluahelad algasid teise arvutusrevolutsiooni, mis pani aluse odavamatele arvutitele, mis võiksid olla massidele kättesaadavad.


Nüüd, kui küsimus on keskendunud vaakumtorude ja transistoride vahelisele üleminekule, tahaksin lisada midagi pooljuhtide kohta, kuna neil on transistorides võtmeroll.

Pooljuhid võimaldavad elektrit hästi juhtida, kuid nende üks tõeliselt kasulik omadus on see, et nende juhtivus saab muuta protsessis, mida nimetatakse pooljuhtdopinguks. See lisab pooljuhile "lisandeid", lisades kas elektrone või auke. Pooljuhid võivad olla kas n-tüüpi või p-tüüpi - n-tüüpi pooljuhtides on liiga palju elektrone, samas kui p-tüüpi pooljuhtides on liiga palju auke. Neid saab kombineerida dioodi moodustamiseks.

Teine asjakohane areng oli Czochralski protsessi loomine, mis võimaldab kristallide kasvatamist pooljuhtide jaoks. See hõlmab ka pooljuhtide dopingut ja on võimaldanud pooljuhte toota suures ulatuses, muutes transistoride ehitamise lihtsamaks.


Kas on muid tehnoloogiaid, mis on olnud arvutiarenduses üliolulised? Muidugi. Võin arvuti vaakumtoru, katoodkiiretoru, tahkis-draivid ja paljusid teisi nimetada arvuti arendamise jaoks üliolulisteks. Kuid transistor ja integraallülitus olid kaks peamist mängijat "kaasaegse arvuti" väljatöötamisel siin vastaval ajaperioodil - 20. sajandi keskel. Oletan, et võiksite teha juhtumeid ka teiste tehnoloogiate jaoks, kuid ma asetaksin need kindlasti loendi ülaossa.

"Vaakumtorudel endil oli ainult kaks peamist probleemi: nad olid võimunäljas ja nad olid suhteliselt suured." Lisage kolmas: rikkekindel. Hõõgniidi põletamine oli piisavalt tavaline, et esimestes arvutites oli kogu torude väljavahetamisele pühendunud meeskond ooterežiimis ja vaja oli palju koondamist, sest lambid põleksid * enne arvutuse lõppu.
#2
+8
Dave Tweed
2015-01-24 06:41:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ma olen endiselt segaduses, mida te mõtlete "inseneri edusammude" all. Minu jaoks on vaakumtorud, transistorid ja mikroprotsessorid tehnoloogiad ja inseneritöö seisneb nende tehnoloogiate rakendamises reaalsetes probleemides, näiteks arvutite ehitamises.

Insenerid on tavaliselt viinud iga olemasoleva tehnoloogia praktilise piirini - kuni punktini, kus muud probleemid domineerivad. Selle näited hõlmaksid järgmist:

  • võime Babbage'i veski üksikuid osi masinaga töödelda piisavalt täpselt, et see töötaks täpselt ja usaldusväärselt. See sai mehaanilise kalkulaatori keerukuse piiriks.
  • Vaakumtorude usaldusväärseks muutmine, et saaksite neid kümneid tuhandeid vähemalt paar tundi enne ühte kasutada need põlesid läbi. Sellest sai vaakumtoruarvuti keerukuse piir.

Kas need on insener i probleemid, mida otsite?

Integreeritud vooluahelate, praeguse peavoolu tehnoloogia, hulka kuuluvad inseneriprobleemid nagu minimaalne funktsioonide suurus, staatiline ja dünaamiline võimsuse hajumine ning defektide tihedus. Parima parameetrite kombinatsiooni leidmine, mis annab kõige kulutõhusamad (ja tulusamad!) Kiibid, on keeruline probleem.

Kuidas võimaldas vaakumtorude, transistoride ja integraallülituste avastamine inimesed arvutid "inseneriks" viisil, mida nad polnud varem teinud?

Nagu ma ütlesin, piirasid mehaaniliste osade füüsikalised omadused ja nende töötlemise võime täpselt nii kiirust kui ka mehaaniliste ja elektromehaaniliste (releepõhiste) arvutite keerukus.

Võimalus usaldusväärsete vaakumtorude masstootmiseks võimaldas ehitada puhtalt elektroonilisi vooluringe, mis vastaksid (ja ületasid lõpuks) releepõhise loogika keerukusele, töötades samal ajal palju suuremal kiirusel: kümnete ja sadade kHz asemel kümneid tsükleid sekundis või vähem. Torufilamentide töökindlus sai lõpuks domineerivaks küsimuseks, kui arvutid jõudsid kümnete tuhandete vajaduseni.

Transistori areng võimaldas ahelaid kahandada vähemalt korra võrra suurusjärgus, kuid mis veelgi olulisem, transistoride MTBF ületas torude omi mitu suurusjärku. Mõlemad eelised võimaldasid välja töötada keerukamaid arvuteid. Kuid selle pakendis oleva transistori füüsiline suurus tekitas arvuti suuruse osas endiselt probleeme ja suur hulk diskreetseid ühendusi põhjustas endiselt töökindluse probleemi.

Integreeritud vooluahel on lahendanud mõlemad need probleemid, kus miljonid transistorid on kokku surutud mahusse, mida üks diskreetne transistor vajab, ja ühendused tehakse metalli mustriga otse IC pinnale. Nii arvutite keerukus kui ka kiirus on hüppeliselt kasvanud, kui õppisime kiipide pinnale üha peenemaid mustreid tegema. Alles hakkame nägema mõningaid põhimõttelisi piire selle osas, kui kaugele me suudame selle jõuda, enne kui vajame uut põhitehnoloogiat.

Võib-olla on veel üks viis küsimuse esitamiseks umbes selline, kuidas vaakumtorude, transistoride ja integraallülituste avastamine võimaldas inimestel arvuteid "insenerida" viisil, mida nad polnud varem teinud.
Vaadake ülaltoodud muudatust. Kas oleme lähemal sellele, mida otsite?
#3
+5
Thorsten S.
2015-04-19 03:41:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

HDE 226868 mainis transistorit juba üksikasjalikult, nii et lisan arvuti arenguks palju-palju tehnoloogilisi edusamme ja teoreetilisi tausta.

  • Metallurgia tugev>
    Massituru jaoks vajate odavaid ja usaldusväärseid meetodeid soovitud elektrooniliste elementide tootmiseks. Masstootmiseks vajate integreeritud vooluringe ja see tähendab, et eriti väikeste mõõtmete korral vajate homogeenset ja kvaliteetset alusmaterjali. Ainult kõrgekvaliteediliste ränilaudadega oli see võimalik ja Czochralski protsess aastast 1916 on odav, see ei andnud nii häid tulemusi räni jaoks nagu tsooni sulamine, mis leiutati 1950/51.

  • Boolsche Algebra und Küberneetika . Boole väljatöötatud loogiline algebra võimaldas ehitada arvuteid binaarseisunditele. Kui teil on kunagi olnud hea meel proovida kümnendsüsteeme elektroonilises masinas (BCD), näete, kui uskumatult lihtsam on loogiliste ja numbriliste funktsioonide rakendamine. Areneva keerukusega oli vaja välja mõelda ka vajalik taust keeruka elektroonilise süsteemi väljatöötamiseks ja kontrollimiseks, nii et küberneetika hakkas arenema uue uuringuna. Seda ei saa tõesti alahinnata, mida Babbage ja hiljem von Neumann tegid: spetsiaalsete mudelite ehitamise asemel ülesanded, mille nad leiutasid programmeeritava masina idee: esitage lihtsad käskude ehitusplokid ja väljendage oma lahendust selle lihtsa käskluse abil masina uuesti ühendamise asemel (võib-olla on siin veel mõned inimesed, kes sõna otseses mõttes "programmeerisid" arvutid osade ümberjuhtmete abil!). Luba tingimuslik täitmine. Käsitlege andmeid ja programmi ühikuna. Sündis üldotstarbeline arvuti.

  • Fotograafia ja keemia Ainult fotograafia suutis inimestele võimaldada väljatöötatud lahenduste odavat, jõulist ja tõhusat vähendamist. Ilma fotolitograafia ja mikroskoopiliste struktuuride söövitamist võimaldavate kemikaalide väljatöötamiseta võiksid arvutid olla väikesed, kuid need oleksid äärmiselt kallid.



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...