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1、物理学与计算机的关系摘要: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。关键词：计算机物理学磁芯一．计算机的发展历程1946年,世界上出现第一台计算机“ENAIC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)”,
2、它诞生于美国宾夕法尼亚大学。而物理学对这台计算机的诞生提供了大量的基础知识和物质准备，使用了18000个电子管，70000个电阻器，有五百万个焊接点，耗电160千瓦，其运算速度为每秒5000次。“ENAIC”机的研制成功,充分体现了十九世纪,英国物理学家巴别奇所建立的未来计算机的思想和计算机的原理只因当时的物理学还来不及从器件上为未来的数字式电子计算机作为准备。所以说第一台计算机的发明,在很大程度上是继承和发展了物理学家的思想和方法。值得庆幸的是第一台计算机的研制者竟是两位物理学家,莫克莱与埃克特,前者是研究分子结构,后者是
3、研究各种测量间题,他们在研究中需大量的计算和大批数据处理,两人从共同的物理学计算问题出发进行合作,终于出现了“ENAIC”机。继他们以后,8不少的物理学家投身于计算机改进和更新换代的研制中。他们大部分精力都集中于元件器件的发明和更新。从计算机的发展史看,大致上从元器件的更新,标志当代计算机的发展里程碑。第一代为电子管元器件时代；第二代为晶体管器件时代,第三代为小规模集成电路时代,第四代为大规模,超大规模集成电路时代在这发展当中,无不凝聚了他们的心血和汗水。计算机发展阶段划分及特征表发展阶段速度(次/每秒)起止年份代表机型硬件
4、软件应用范围电子元件主存储器第一代几千至几万1946-1958ENIAC/EDVAC电子管水银延迟线机器语言、汇编程序科学计算第二代几十万1959-1964IBM7090/UNIVACII/TRADIC晶体管磁芯高级程序设计语言科学计算/数据处理/工业控制第三代几十万至几百万1965-1970IBM360/HONEYWELL6000/F230中小规模集成电路磁芯/半导体存储器操作系统/多种高级程序语言广泛应用于众多科学领域第四代几百万甚至上亿1971至今IBM4300/IBM9000等大规模集成电路半导体存储器操作系统语言的
5、完善/应用软件已形成产业计算机应用已经深入到社会生活各方面二．计算机是物理学发展成熟的必然产物81.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、薛定谔、狄拉克创立了量子力学;德福雷斯特发明了对电信号有放大作用的电子三极管。自牛
6、顿去世到1943年,全世界物理学家经过200余年的不断努力,在数理逻辑和物理学的电磁理论、量子力学、半导体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。2.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ENIAC。1947年,美国的巴丁等几位科学家研制出了既小又可靠,并且不会变热,结构单一的晶体管。1953年,德克萨斯仪器公司和仙童公司
7、都宣布研制成第一块集成电路。1954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。1958年,美国IBM公司制成全部使用晶体管的计算机,8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
8、。80年左右,IBM制成了第一代微型计算机8086。PIII的晶体管集成度有2800万个。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(Pe
