晶体管计算机

计算机

晶体管计算机是指20世纪50年代末到60年代的计算机。主机采用晶体管等半导体器件，以磁鼓和磁盘为辅助存储器，采用算法语言（高级语言）编程，并开始出现操作系统。由于采用晶体管代替电子管，所以很轻，且运算速度比较快，达到每秒几十万次。晶体管计算机的基本逻辑元器件由电子管改为晶体管( Transistor)，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯，外存储器采用磁盘。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，提出了操作系统的概念；编程语言除了汇编语言外，还开发了Ada、 FORTRAN、 COBOL等高级程序设计语言，使计算机的工作效率大大提高。

简介

晶体管计算机指20世纪50年代末到60年代的计算机。主机采用晶体管等半导体器件，以磁鼓和磁盘为辅助存储器，采用算法语言（高级语言）编程，并开始出现操作系统。由于采用晶体管代替电子管，所以很轻，且运算速度比较快，达到每秒几十万次。

（1）特征：硬件方面，用晶体管做逻辑元件，磁芯材料做存储器；软件方面，用髙级程序设计，应用方面，向数据处理、过程控制方面拓展。

（2）大事记：出现了高级语言 Fortran。

晶体管计算机的基本逻辑元器件由电子管改为晶体管( Transistor)，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯，外存储器采用磁盘。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，提出了操作系统的概念；编程语言除了汇编语言外，还开发了Ada、 FORTRAN、 COBOL等高级程序设计语言，使计算机的工作效率大大提高。IBM700系列是第2代计算机的典型代表。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，重量轻，速度快，逻辑运算功能强，可靠性大大提高。其应用从军事及尖端技术扩展到数据处理和工业控制方面。

半导体材料的发明，尤其是硅半导体材料的应用，为晶体管计算机的发明奠定了基础。1957年，美国制成全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。晶体管比电子管功耗小、体积小、重量轻、工作电压低、工作可靠性好。用晶体管取代电子管，使计算机体积大为缩小，计算机的运算速度提高到每秒几十万次，比第一代电子管计算机提高了近百倍。

发展过程

早在18世纪，人们发现自然界有些材料允许电流通过的程度，介于导体和绝缘体之间，比如锗和硅的氧化物，人们称其为半导体。半导体一旦受到光照或在掺人极少量的杂质后，它们允许电流通过的能力会成百上千倍地提高。1947年，贝尔电话实验室研制出了第一个半导体三极管，即晶体管。

晶体管没有玻璃管壳，不需要真空，体积很小，生产成本很低，寿命比电子管长得多。因此，晶体管一问世，立即得到迅速发展且取代了电子管的位置。

晶体管的发明，在计算机领域引来一场晶体管革命，它以尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点改变了电子管元件运行时产生的热量太多、可靠性较差、运算速度不快、价格昂贵、体积庞大这些缺陷，从此大步跨进了第二代的门槛。

1955年，贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC，它装有800只晶体管，只有100瓦功率，占地也仅有3立方英尺。同一年，美国在阿塔拉斯洲际导弹上装备了以晶体管为主要元件的小型计算机。IBM公司小沃森向各地IBMI厂和实验室发出指令： “从1956年10月1日起，我们将不再设计使用电子管的机器，所有的计算机和打卡机都要实现晶体管化。”1958年，IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。由于采用晶体管逻辑元件以及快速磁芯存储器，计算机速度大幅度提高，从每秒几千次一下子提高到几十万次，主存储器的存贮量，从几千字节一下子提高到10万字节以上。

1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM7090，换下了诞生不过一年的IBM709电子管计算机。IBM7090从1960年到1964年一直统治着科学计算的领域，并作为第二代电子计算机的典型代表，永载计算机发展的史册。

1958～1964年，从印刷电路板到单元电路和随机存储器，从运算理论到程序设计语言，不断的革新使晶体管电子计算机日臻完善。1961年，世界上最大的晶体管电子计算机ATLAS安装完毕。1964年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机441-B型。

中国发展过程：

1964年8月，441-B晶体管计算机调试成功，开始试算题目了。这一天，没有开大会，没有照相，也没有新闻报道，消息依然长上翅膀远飞。许多单位闻讯，纷纷向国防科委要求马上装备441-B机。成都电讯工程学院于9月1日和14日两次向国防科委四局、八局提出复制441-B机的要求。

1964年9月29日，国防科委[ 64]科四字第1126号文批复：同意西安军事电讯学院、北京工业学院、上海交通大学、成都电讯工程学院、西北工业大学和三机部六院一所（601所）、六机部七院六所（706所）等七单位复制441-B晶体管计算机，主要器材由国防科委组织提供，向每个单位拨款60万元人民币。

10月，哈军工决定成立计算机研究室，代号408。

28-31日，国防科委四局为了这次复制召开座谈会，发出了会议纪要：1965年3月1日至4月17日，国防科委在哈军工举办计算机培训班，这次培训不光是学习知识和技术，各参加单位要联手做出自己使用的计算机。

除去参加复制441-B的五所高校、两个研究所，还有哈尔滨工业大学、738厂、炮兵研究所、总参测绘局、核试验基地、兵器试验基地、总字4497部队和国防科委四局共16个单位64人参加培训。这次集结成为计算机领域中的一次盛大聚会，也是十年来计算机事业的一次大规模的成功跳跃。

国防科委对这次培训提出严格要求，也是最基本的要求：首先，全部开放441-B计算机技术，由直接参加电路设计的人员讲课，讲到学员都明白；第二，仅有的一台计算机要供学员们操作；第三，图纸完整、资料完整，使培训单位能够自行生产。

1965年4月，国防科委再次指示哈军工复制三台441-B晶体管计算机，供三个试验基地的紧急需要。408研究室立即行动。是年底，第一台计算机运往核试验基地；1966年10月，第二台机器运往20基地；11月，第三台机器运往兵器试验基地。三台机器都发挥了重要作用。 441-B计算机是第二代晶体管计算机的第一个型号，不过研发的第一台机器还不是印刷电路，只是布线板，可也是学院的“大宝贝”。几所院校计算机专业的回忆录都记述了培训经历，从此数字大道一路畅通。441-B学习班的技术资料也很精致，电路插件图是四开大的横排本子，铜版纸印刷，每种插件都有原理图和印刷电路的版图，一个学习单位赠送一套。不过所有单位的图纸随着机器退役也收缴销毁，至今没有发现原件。

康鹏作为培训主讲人，从电路讲起，到硬件、电路板，再到整个指令结构、逻辑结构；刘文玺讲逻辑电路；谭信讲电源；任连仲讲存储器；王振青讲外部设备，将知识和创新精神一起复制出去。王振青是哈军工1961年的计算机研究生，没结业就参加了441-B工程，他的理论水平和操作能力都很高，一直参与计算机设计、生产和调试，还有计算机复制与邮电部的长途自动电话项目辅导等。

441-B机所需的主要器件当时十分缺乏，晶体三极管、二极管、记忆磁芯和阻容器件等由国防科委出面安排厂家定点生产、

统一供配。这次复制的参与单位分担整机设计和制造加工分工，协作小组组长“成电”，副组长“交大”，各单位技术负责人参加机械结构工艺设计、印制电路设计和器材三个专业小组，分头在上海交大、哈军工和京工领导下工作。

北京工业学院承担磁芯板设计、制造，提供整机配套磁芯板，成都电讯工程学院承担磁芯测试仪和电灼式打印机，西安军事电信工程学院生产晶体管测试仪，上海交通大学负责机箱设计、制造，成品喷漆和色彩各单位自便。

成电成立了441-B工程领导小组：张志浩副系主任任组长，周锡令为技术总负责人，程正贤主管行政事务，原均任政治协理员。工程组有上百人，其中运控组负责人：王学均、黄安南、郭宗桂；存储组负责人：袁宏春、朱景义；软件组负责人：龚天富、许家材；外设组负责人：章鉴汀、欧慎章；电源组负责人：周明天，还有焊接组、磁芯测试组、印制工艺加工组等。

在主楼三层提供了五个房间，共216平方米，主楼西一层还使用了几个房间，作为车间和工作坊。

成电数学专业的龚天富、杨声林、陈景春、许家材、黄天发五位教师，自1964年初至1965年9月，到哈军工参加程序开发，为全面运用计算机打下基础。从成都到东北要在北京换车，黄天发买不上卧铺车票，上车一直站到山海关才有了座位。哈军工的教员带着军大衣到车站迎接，在雪花漫天飞舞的北国，让身穿毛衣的他们一下子就感到了全身的温暖。

从1965年5月至1966年4月，完成了15种单元电路重新定型和测试，直流供电电源研制，磁芯测试仪设计、生产与调试，数以干计的晶体三极管、二极管的高温老化及筛选，数十万颗记忆磁芯的测试挑选和40块磁芯板的穿线制作，上千个脉冲变压器的绕制与测试，插件板焊接，四百多块插件板的

功能模拟测试，部件分调、整机联调与系统可靠性测试等大量工作。

大家互通有无、同舟共济、共克难关。三机部六院一所缺少20线插头座，成电支援200副，成电教师周锡令巡回排除磁芯测试仪故障。缺少3AA型、3ZK型大功率晶体管，七院六所支援成电25只、上海交大15只、哈军工15只、西军电15只、西工大10只，哈军工调拨一批10毫米×6毫米×5毫米脉冲变压器磁芯，使30台磁芯测试仪按时顺利完成。

上海交大连续复制三台441-B计算机，供4497部队和七院七所使用。1966年5月，441-B机由专机空运重庆，参加“全国仪器仪表新产品展览会”西南地区展，观众对计算机性能惊叹不已。441-B晶体管计算机终于在成电运行起来，这是西南地区第一台全晶体管通用数字计算机。

主要特点

人们把1959-1964年出现的晶体管计算机称为第二代计算机。通常具有以下特点：

（1）用晶体管代替了电子管。晶体管有一系列优点：体积小、重量轻、发热少、耗电省、速度快、寿命长、价格低、功能强。用它做计算机的开关元件，使计算机的结构与性能都发生了新的飞跃。

（2）普遍采用磁心存储器做内存，并采用磁盘与磁带做内存。这就使存储容量增大，可靠性提高，为系统软件的发展创造了条件。

（3）计算机体系结构中许多意义深远的特性相继出现，例如变址寄存器、浮点数据表示，中断、I/O处理等。

（4）汇编语言取代了机器语言，而且开始出现FORTRAN、CDBOL等高级语言。

（5）计算机的应用范围进一步扩大，开始进入过程控制等领域。

与电子管计算机相比，晶体管计算机包含了操作系统，它能够为输入输出、内存管理、存储和其他的资源管理活动提供标准化的程序。开发应用程序不再需要写资源管理程序了，这些操作系统允许程序员可以调用操作系统程序的应用软件。但是，IBM公司和其他计算机生产商早期开发的专用操作系统只能在特定的计算机上运行，它们各自有自己唯一的命令集来调用它们的程序。这意味着程序员每学一种操作系统就要重新学习一种编程，这也在一定程度上限制了它们的发展。

晶体管诞生

1947年12月，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。由于其响应速度快，准确性高，可用于各种各样的数字和模拟功能器件，包括放大、开关、稳压、信号调制和振荡等器件。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。1948年6月30日，贝尔实验室主任鲍恩郑重宣布： “我们将该项发明称之为晶体管，它是一种电阻或半导体器件，能将通过它的电信号进行放大。”1956年，肖克利、巴丁、布拉顿因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。

计算机发展阶段

（1）第一代：电子管计算机（1946-1957年）

电子管计算机的基本逻辑单元器件是电子管（Electronic Tube），内存储器采用水银延迟线或磁鼓，外存储器采用磁带等。其缺点是：速度慢，可靠性低，体积庞大，能耗高，价格昂贵。编程语言主要采用机器语言，后来发展了汇编语言编程，但调试工作十分繁琐，其用途仅局限于军事科学研究的科学计算。

（2）第二代：晶体管计算机（1958-1964年）

晶体管计算机的基本逻辑元器件改为晶体管( Transistor)，内存储器大量使用了磁性材料，外存储器采用磁盘和磁带。运算速度从每秒几万次提高到几十万次乃至几百万次。同时，计算机软件技术也有了较大突破，提出了操作系统的概念，还开发了FORTRAN、COBOL等高级程序设计语言，这使计算机的工作效率大大提高。晶体管计算机体积小，重量轻，速度快，逻辑运算功能强，可靠性大为提高，应用领域扩展到了数据处理、工业控制等领域。

（3）第三代：中、小规模集成电路计算机（1964-1971年）

1958年Jack Kilby发明了集成电路(Integrated Circuit，IC)，它是一种把晶体管、三极管、电阻、电容、电感及布线都加工到一片小小的硅片上的电子器件，不久科学家们又把更多的电子元件集成到了单一的半导体芯片上。于是，计算机变得更小，功耗更低，速度更快。同时，操作系统的使用使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。IBM 360是最为著名的集成电路计算机。

（4）第四代：大规模及超大规模集成电路计算机（1971年至今）

进入20世纪70年代以来，计算机逻辑器件采用大规模集成电路(Large ScaleIntegration，LSI)和超大规模集成电路（VeryLarge Scale Integration，VLSI）技术，在硅半导体上集成了大量的电子元器件，集成度很高的半导体存储器也取代了磁芯存储器。同时，操作系统不断完善，各种应用软件也成为了现代工业的一部分。

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