物理在计算机中的应用

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1、安阳工学院《普通物理学》论文物理在计算机中的应用院系：计算机科学与信息工程学院专业：计科（嵌入式方向）姓名：杨杰学号：201103010024指导老师：李建新2012-5-6物理在计算机中的应用计算机正在全面进入生产技术、科学研究和社会生活的各个领域，彻底改变着整个人类文明的进程。近代物理学的发展已有三百多年的时间，计算机的诞生是物理学发展的必然结果，几十年来，计算机技术的高速发展又为物理学提供了强有力的支持,计算机技术与物理学相辅相成，相互促进，相互渗透，两者有高度的交叉性。回顾计算机的发展史，我们发

2、现每一个阶段都是以物理学的发展变革作为前提的，再看近代物理学的历史，计算机扮演着一个不可替代的角色。1•计算机诞生的理论基础物理学作为理论基础：伟大的物理学家牛顿(1642-1727)发明了微积分，发现了万有引力定律，创立了经典光学理论，建立了牛顿力学大厦；数学家布尔(1815-1871)和德莫根发明了数理逻辑中最重要的布尔代数；法拉弟(1791-1867)、麦克斯韦创立了电磁理论，赫兹发现了麦克斯韦预言的电磁波；爱因斯坦、德布罗意、玻尔、海森伯、薛定谴、狄拉克创立了量子力学；德福雷斯特发明了对电信号有

3、放大作用的电子三极管。自牛顿去世到1943年，全世界物理学家经过200余年的半导体不断努力，在数理逻辑和物理学的电磁理论、量子力学、理论等方面获得了的巨大成功，为计算机的诞生在理论和技术上作好了充分的准备。1•物理学是计算机硬件的基础1944年，美国国防部门组织了有莫奇利和埃克特领导的200多位专家研制小组，经过两年多的艰苦劳动，于1946年2月15日，在美国的宾夕法尼亚大学里研制出了人类的第一台电子管数字积分计算机ENIACo1947年，美的巴丁等几位科学家研制出了既小又可靠，并且不会变热，结构单一的

4、晶体管。1953年，德克萨斯仪器公司和仙童公司都宣布研制成第一块集成电路ol954年，德克萨斯仪器公司首先宣布建成了世界上第一条集成电路生产线。随后美国贝尔实验室制成第一台晶体管计算机TRADIC,使计算机体积大大缩小。早期巨大的电子管1958年，美国IBM公司制成全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。第二代计算机的运算速度比第一代计算机提高了近百倍。60年代中期，随着集成电路的问世，第三代计算机诞生了，其标志产品是1964年由美国IBM公司生产的IBM360系列机。早期的INTEL8080CPU

5、的晶体管集成度超过5000管/片，1977年以后在一个硅片上就可容纳数万个管子。80年左右，IBM制成了第一代微型计算机8086oPIII的晶体管集成度有2800万个。世界上第一个晶体管第四代计算机以大规模集成电路作为逻辑元件和存储器，使计算机向着微型化和巨型化方向发展。计算机的微处理器从早期的8086,发展到80286,80386,80486,奔腾（Pentium）、奔腾二代(Pentium]!)*奔腾三代(Pentiumlll)及奔腾四代(PentiumIV）。集成电路下图为大规模集成电路整个计算机

6、的硬件基础就是物理，记得有一个家长说他的孩子喜欢计算机，问教授他的孩子应该学什么时，教授回答:“如果他想要搞硬件，应该学物理，想要搞软件应该学数学！”我们应该看出了，物理在计算机发展中的地位，整个硬件的基础，没有硬件的发展，计算机在一定的程度上想往上提高不可能！量子计算机已经在实验室研制成功。1•物理学研究成果在计算机上的应用举例磁芯现代算机内存贮器都是体积小，速度快的磁芯所组成，而磁芯的应用，则是物理学研究成果用于计算机的一个突出例子。1950年王安等人在《应用物理学》杂志上发表了磁性材料的有关论文，

7、一年后，同一杂志发表了斯莱斯特应用，这种材料于数字记录的文章。两年后，MIT的计算机就采用了这种磁芯作为内在贮器，从此，陆续研制出了磁带，磁鼓，磁盘，软磁盘等，四十多年来，磁性材料一直是计算机的主要或辅助存储设备。下图为磁芯存储器另一方面，一旦发现了某种物理效应，只要条件具备，就可以产生一种新器件。例如：固体电子学中有场效应，构成了MOS集成电路量子力学的隧道效应，发明了隧道二极管；六十年代初发现了约瑟夫逊效应，今天就已经有了高速度，低功耗的器件等等。计算机的外设是一个涉及面广的领域，物理学中的声、光.

8、热等学科，在它上面得到充分体现，例如：计算机输出信息，要靠电话线或专用线传到较远的地方，这就是把数字信号变成音频信号。OS集成电路另外，要让计算机懂得人的话语，这是人工智能的主要研究对象，其中就有语言声学的研究。计算机的输入设备之一，大容量存贮装置光盘，是一种利用激光在某种介质上“亥P上信息的只读存贮器，另一种激光存贮器正在进行研制，它利用激光全息照相来存储信息而用于计算机。光学纤维可用来作为计算机网络中的数据通道，以负载音频信号达到远程数