大规模集成电路计算机

第四代计算机

大规模集成电路 (LSI) 可以在一个芯片上容纳几百个元件。到了20世纪80 年代，超大规模集成电路 (VLSI) 在芯片上容纳了几十万个元件，后来的特大规模集成电路(ULSI) 上将数量扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。

简介

计算机制造商开始将计算机带给普通消费者，这时的小型机带有友好界面的软件包，供非专业人员使用的程序和最受欢迎的字处理和电子表格程序。 1981 年，IBM推出个人计算机 (PC) 用于家庭、办公室和学校。 80 年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌，微机的拥有量不断增加，计算机继续缩小体积。与 IBM PC 竞争的 Apple Macintosh 系列于 1984 年推出， Macintosh 提供了友好的图形界面，用户可以用鼠标方便地操作。

20世纪90年代，电脑向“智能”方向发展，制造出与人脑相似的电脑，可以进行思维、学习、记忆、网络通信等工作。进入21世纪，电脑更是笔记本化、微型化和专业化，每秒运算速度超过100万次，不但操作简易、价格便宜，而且可以代替人们的部分脑力劳动，甚至在某些方面扩展了人的智能。于是，今天的微型电子计算机就被形象地称做电脑了。

发展历史

发展过程

20世纪60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命。随后，集成电路的集成度以每3-4年提高一个数量级的速度增长。集成电路（Integrated Circuit，简称r）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小，却包含了几千个晶体管元件。1962年1月，IBM公司采用双极型集成电路，生产了IBM360系列计算机。一些小型计算机在程序设计技术方面形成了三个独立的系统：操作系统、编译系统和应用程序多道程序分时系统终端设备的广泛使用，使得用户可以在自己的办公室或家中使用远程计算机。第三代计算机的特点是体积更小、价格更低、可靠性更高、计算速度更快。

技术介绍

计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路(LSI)。所谓大规模集成电路是指在单片硅片上集成1000~2000个以上晶体管的集成电路，其集成度比中、小规模的集成电路提高了1~2个以上数量级。这时计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机工业的空前大发展。随着大规模集成电路技术的迅速发展，计算机除了向巨型机方向发展外，还朝

着超小型机和微型机方向飞越前进。1971年末，世界上第一台微处理器和微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生，它开创了微型计算机的新时代。此后各种各样的微处理器和微型计算机如雨后春笋般地研制出来，潮水般地涌向市场，成为当时首屈一指的畅销品。这种势头直至今天仍然方兴未艾。特别是IBM-PC系列机诞生以后，几乎一统世界微型机市场，各种各样的兼容机也相继问世。

第四代计算机

概念简介

第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器，在面积约为10mm X l0mm的单个芯片上，可以集成大约32万个晶体管。第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。

发展阶段

微型计算机大致经历了四个阶段：

第一阶段是1971～1973年，微处理器有4004、4040、8008。 1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机（CPU为4040，四位机）。后来又推出以8008为核心的MCS-8型。

第二阶段是1973～1977年，微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、M6800、Z80。初期产品有Intel公司的MCS一80型（CPU为8080，八位机）。后期有TRS-80型（CPU为Z80）和APPLE-II型（CPU为6502），在八十年代初期曾一度风靡世界。

第三阶段是1978～1983年，十六位微型计算机的发展阶段，微处理器有8086、808880186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是IBM-PC（CPU为8086）。本阶段的顶峰产品是APPLE公司的Macintosh（1984年）和IBM公司的PC/AT286（1986年）微型计算机。

第四阶段便是从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段。Intel公司相继推出80386、80486。386、486微型计算机是初期产品。 1993年， Intel公司推出了Pentium或称P5（中文译名为“奔腾”）的微处理器，它具有64位的内部数据通道。现在Pentium III（也有人称P7）微处理器己成为了主流产品，预计Pentium IV 将在2000年10月推出。

由此可见，微型计算机的性能主要取决于它的核心器件——微处理器（CPU）的性能。

IT产业风云

事件介绍

1970年，美国IBM公司将采用大规模集成电路的大型计算机370系列投放市场。这一举动使日本计算机界顿时气氛异常紧张。

FS（未来系统）作为370系列的下一代产品，将以划时代的设计思想为指导，采用超大规模集成电路芯片制作而成。该产品计划于20世纪70年代后半期实现商品化。

提起IBM，不愧为当时世界计算机领域的巨人，它占有全球计算机市场份额的70%。日本国内的计算机厂家决不是IBM的对手。

对日本的影响

FS一旦出台日本厂家必将受到难以承受的打击。为了领先开发出下一代大型计算机用的超大规模集成电路，1976年3月，世界上罕见的官民一体化研发机构——超大规模集成电路技术研究组合诞生了。该组合由日本通产省和五大半导体计算机企业组成。该项目的开发，需投入3000亿日元的巨资。业界试图得到1500亿的政府资助，但未能如愿。尽管已故的桥木登美三郎这位自民党信息产业议员联盟会长做了多方努力，仍未能改变政府的决定，最后政府的实际投资仅有300亿日元。

国家资助如此之少，使来自各企业的研究人员产生了不满情绪。同时，一种背水一战的悲壮感也油然而生。

富士通公司的福安美一直率地说：“当时，大家都有一种被公司遗弃的感觉，而且并未料到竟然研制出向IBM挑战的产品。”

研究组合中这些临时拼凑的人马，开始时各行其道，重要事情只与本公司同来的人交谈，甚至出现了在其它公司研究室和本公司研究室之间设置路障的现象。这种互不沟通、互相戒备的局面，使当时的开发气氛十分紧张。

研究组合的核心组织——共同研究所所长垂井康夫，对大家进行了积极的引导，他鼓励大家可贵的忘我工作精神，并指出所有人员只有齐心协力拧成一股绳，才能改变以往孤军作战、各自为政的开发结构。所长的思想很快为开发人员所接受，从此研究组合的所有成员开始了历时4年风雨与共的研究生涯。日丸半导体席卷世界市场在研究组合里，与垂井所长共同制订事业方向的是：富士通公司的福安一美，日立制作所的大矢雄一郎和冈久雄等技术委员会成员。

当时，日本半导体技术处于64M DRAM 的模型制作阶段。64M DRAM是日本电信电话公司的武藏野电气通信研究所、日立、NEC和富士通共同开发的产品。为了与IBM并肩前进，必须开发与256K和1M产品相对应基础的、通用的技术。技术委员会经过反复论证，决定以线宽1.5微米的微细加工技术作为开发目标。尽管在实际开发过程中遇到了种种技术障碍，但由于研究人员的齐心协力都得到了圆满的解决。

要实现线宽1.5微米，必须对以往在集成电路和大规模集成电路中采用的以紫外线烧制线路图的方法进行彻底改变，代之以电子束和X射线。经过4年努力，到1979年超大规模集成电路的基础技术已趋向成熟。以超大规模集成电路技术为基础生产的“日丸半导体”，以迅雷不及掩耳之势迅速席卷世界市场。虽然1986年日美间的经济摩擦已经产生，但未能阻挡日本半导体产品进军世界市场的步伐。这一年，日本终于超过美国，登上了大规模集成电路领域世界市场占有率之最的宝座。

前进的道路并不平坦，正当日本半导体产业犹如日中天之时，PC市场的疾速扩大使需求结构发生了重大变化。1993年，美国依靠微处理器优势，再一次逆转了世界市场的份额。

日本方面由于一味地追求微细加工技术，招致了设备投资过大、资本回收恶化的后果。也正是在这一时期，韩国、台湾等发展中国家和地区也开足了马力，进军半导体领域。

被誉为“半导体之神”的东芝现常务顾问川西刚指出，为了确保21世纪世界市场的主导权，必须采取革命性措施提高生产率，解决投入与回收之间存在的问题。

发展方向

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