作者：單位：北京工業大學
繼電器中文摘要：
自計算機發明以來，就與物理學接下了不解之緣，兩門學科相互影響，相互依存，共同發展。物理學的進步使計算機硬體得以發展，計算機的公升級也幫助物理學前進。
但是如果沒有物理學在近代史上的飛速發展，就不會有近代電子數字計算機（eniac）的誕生。
電子管的發明是革命性的，在此之前想要製造出電子數字計算機可以說是不可能的，這項發明為電子計算機的發展奠定了基礎。在此之後「真空管」發明了「繼電器（二進位制）」與「電容（起濾波作用）」等物理元件的使用也更加推進了電子計算機的進步
真空管時代的計算機儘管已經步入了現代計算機的範疇，但其體積之大、能耗之高、故障之多、**之貴大大制約了它的普及應用。直到另一種革命性物理元件的發明「電晶體」，它的發明使計算機的發展進入了快車道。在eniac發明之後的時間裡，計算機的發展是飛速的，這個飛速的發展歷程到了今天依然在延續。
這個歷程中物理學的影響成為本文**的主要問題，本文會按照歷史的發展歷程來**。
關鍵詞：物理學，計算機發展，電晶體，積體電路
正文： 在2023年之前的計算機，都是基於機械執行方式，儘管有個別產品開始引入一些電學內容，卻都是從屬與機械的，還沒有進入計算機的靈活：邏輯運算領域。
而在這之後，隨著電子技術的飛速發展，計算機就開始了由機械向電子時代的過渡，電子越來越成為計算機的主體，機械越來越成為從屬，二者的地位發生了變化，計算機也開始了質的轉變。
1906: 美國的lee de forest發明了「電子管」。電子管，是一種最早期的電訊號放大器件，被封閉在玻璃容器，基本原理是借助電場的大小變化，來控制真空管內自由電子的運動。
電子管計算機也稱第一代計算機，它的特點是操作指令是為特定任務而編制的，每種機器有各自不同的機器語言，功能受到限制，速度也慢。另乙個明顯特徵是使用真空電子管和磁鼓儲存資料。
確立了模擬量可變換成數字量進行計算；形成了數字計算機的基本結構，確定了程式設計的基本方法；首創使用陰極射線管作為字元顯示器。
由於電子管的種種缺陷（體積大、功耗大、發熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結構脆弱而且需要高電壓源等缺點），第一代計算機很快就被新一代的計算機所取代，而這種替代正是由於物理技術的革新！「電晶體」
電晶體是一種固體半導體器件，可以用於檢波、整流、放大、開關、穩壓、訊號調製和許多其它功能。電晶體作為一種可變開關，基於輸入的電壓，控制流出的電流，因此電晶體可做為電流的開關，和一般機械開關（如relay、switch）不同處在於電晶體是利用電訊號來控制，而且開關速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達100ghz以上。
2023年，美國貝爾實驗室研製成功第一台使用電晶體線路的計算機，取名「催迪克」（tradic），裝有800個電晶體。
第一代計算機（電子管計算機）使用的是「定點運算制」，參與運算數的絕對值必須小於1；而第二代計算機（電晶體計算機）增加了浮點運算，使資料的絕對值可達2的幾十次方或幾百次方，計算機的計算能力實現了一次飛躍。同時，用電晶體取代電子管，使得第二代計算機體積大大減小，壽命延長，**降低，為計算機的廣泛應用創造了條件。
由此可見電晶體的出現又是乙個幫助計算機出現重大革新的發明！
電晶體的發明
電晶體的發明，最早可以追溯到2023年，當時工程師利蓮費爾德就已經取得一種電晶體的專利。但是，限於當時的技術水平，製造這種器件的材料達不到足夠的純度，而使這種電晶體無法製造出來。
由於電子管處理高頻訊號的效果不理想，人們就設法改進礦石收音機中所用的礦石觸鬚式檢波器。在這種檢波器裡，有一根與礦石（半導體）表面相接觸的金屬絲（像頭髮一樣細且能形成檢波接點），它既能讓訊號電流沿乙個方向流動，又能阻止訊號電流朝相反方向流動。在第二次世界大戰爆發前夕，貝爾實驗室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體效能更好的檢波材料時，發現摻有某種極微量雜質的鍺晶體的效能不僅優於礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。
在第二次世界大戰期間，不少實驗室在有關矽和鍺材料的製造和理論研究方面，也取得了不少成績，這就為電晶體的發明奠定了基礎。 為了克服電子管的侷限性，第二次世界大戰結束後，貝爾實驗室加緊了對固體電子器件的基礎研究。肖克萊等人決定集中研究矽、鍺等半導體材料，**用半導體材料製作放大器件的可能性。
2023年秋天，貝爾實驗室成立了以肖克萊為首的半導體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。布拉頓早在2023年就開始在這個實驗室工作，長期從事半導體的研究，積累了豐富的經驗。他們經過一系列的實驗和觀察，逐步認識到半導體中電流放大效應產生的原因。
布拉頓發現，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細針並通上電流，然後讓另一根細針盡量靠近它，並通上微弱的電流，這樣就會使原來的電流產生很大的變化。微弱電流少量的變化，會對另外的電流產生很大的影響，這就是「放大」作用。
布拉頓等人，還想出有效的辦法，來實現這種放大效應。他們在發射極和基極之間輸入乙個弱訊號，在集電極和基極之間的輸出端，就放大為乙個強訊號了。在現代電子產品中，上述晶體三極體的放大效應得到廣泛的應用。
巴丁和布拉頓最初製成的固體器件的放大倍數為50左右。不久之後，他們利用兩個靠得很近(相距0.05公釐)的觸鬚接點，來代替金箔接點，製造了「點接觸型電晶體」。
2023年12月，這個世界上最早的實用半導體器件終於問世了，在首次試驗時，它能把音訊訊號放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。
在為這種器件命名時，布拉頓想到它的電阻變換特性，即它是靠一種從「低電阻輸入」到「高電阻輸出」的轉移電流來工作的，於是取名為trans-resister(轉換電阻)，後來縮寫為transister，中文譯名就是電晶體。
由於點接觸型電晶體製造工藝複雜，致使許多產品出現故障，它還存在雜訊大、在功率大時難於控制、適用範圍窄等缺點。為了克服這些缺點，肖克萊提出了用一種「整流結」來代替金屬半導體接點的大膽設想。半導體研究小組又提出了這種半導體器件的工作原理。
2023年，第一只「面結型電晶體」問世了，它的效能與肖克萊原來設想的完全一致。今天的電晶體，大部分仍是這種面結型電晶體。
計算機的又一次革新！積體電路出現了！！
積體電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。採用一定的工藝，把乙個電路中所需的電晶體、二極體、電阻、電容和電感等元件及佈線互連一起，製作在一小塊或幾小塊半導體晶元或介質基片上，然後封裝在乙個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成乙個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母「ic」表示。
積體電路發明者為傑克·基爾比（基於矽的積體電路）和羅伯特·諾伊思（基於鍺的積體電路）。當今半導體工業大多數應用的是基於矽的積體電路。
積體電路具有體積小，重量輕，引出線和焊接點少，壽命長，可靠性高，效能好等優點，同時成本低，便於大規模生產。它不僅在工、民用電子裝置如收錄機、電視機、計算機等方面得到廣泛的應用，同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應用。用積體電路來裝配電子裝置，其裝配密度比電晶體可提高幾十倍至幾千倍，裝置的穩定工作時間也可大大提高。
積體電路計算機
60年代初期，美國的基爾比和諾伊斯發明了積體電路，引發了電路設計革命。隨後，積體電路的整合度以每3-4年提高乙個數量級的速度增長。積體電路（integrated circuit，簡稱r）是做在晶元上的乙個完整的電子電路，這個晶元比手指甲還小，卻包含了幾千個電晶體元件。
2023年1月，ibm公司採用雙極型積體電路，生產了ibm360系列計算機。一些小型計算機在程式設計技術方面形成了三個獨立的系統：作業系統、編譯系統和應用程式，總稱為軟體。
值得一提的是，作業系統中"多道程式"和"分時系統"等概念的提出，結合計算機終端裝置的廣泛使用，使得使用者可以在自己的辦公室或家中使用遠端計算機。第三代計算機的特點是體積更小、**更低、可靠性更高、計算速度更快。
積體電路的出現時革命性的
積體電路，現代計算機插上騰飛的翅膀，儘管電晶體的採用大大縮小了計算機的體積、降低了其**，減少了故障。但離人們的要求仍差很遠，而且各行業對計算機也產生了較大的需求，生產更能更強、更輕便、更便宜的機器成了當務之急，而積體電路的發明正如「及時雨」，當春乃發生。其高度的整合性，不僅僅使體積得以減小，更使速度加快，故障減少。
人們開始製造革命性的微處理器。計算機技術經過多年的積累，終於駛上了用矽鋪就的高速公路。
計算機未來的發展
未來的計算機技術將向超高速、超小型、平行處理、智慧型化的方向發展。儘管受到物理極限的約束，採用矽晶元的計算機的核心部件cpu的效能還會持續增長。作為moore定律驅動下成功企業的典範inter預計2023年推出1億個電晶體的微處理器，並預計在2023年推出整合10億個電晶體的微處理器，其效能為10萬mips（1000億條指令／秒）。
而每秒100萬億次的超級計算機將出現在本世紀初出現。超高速計算機將採用平行處理技術，使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個資料進行處理，這是改進計算機結構、提高計算機執行速度的關鍵技術。
同時計算機將具備更多的智慧型成分，它將具有多種感知能力、一定的思考與判斷能力及一定的自然語言能力。除了提供自然的輸入手段（如語音輸入、手寫輸入）外，讓人能產生身臨其境感覺的各種互動裝置已經出現，虛擬實境技術是這一領域發展的集中體現。
傳統的磁儲存、光碟儲存容量繼續攀公升，新的海量儲存技術趨於成熟，新型的儲存器每立方厘公尺儲存容量可達10tb（以一本書30萬字計，它可儲存約1500萬本書）。資訊的永久儲存也將成為現實，千年儲存器正在研製中，這樣的儲存器可以抗干擾、抗高溫、防震、防水、防腐蝕。如是，今日的大量文獻可以原汁原味儲存、並流芳百世。
新型計算機系統不斷湧現
矽晶元技術的高速發展同時也意味著矽技術越來越近其物理極限，為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發新型計算機，計算機從體系結構的變革到器件與技術革命都要產生一次量的乃至質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、生物計算機、奈米計算機等將會在21世紀走進我們的生活，遍布各個領域。
物理學史在高中物理教學中的作用
物理學家錢三強說過這樣的一段話 物理學發展史是一塊蘊藏著巨大精神財富的寶地，這塊寶地值得我們去開墾，這些精神財富值得我們去發掘。如果我們都能重視這塊寶地，把寶貴的精神財富發掘出來，從中吸取營養，獲得效益，我相信對我國的教育事業和人才培養都會大有益處的。越來越多的物理教師在物理課中引入物理學史的內容，...
近代計算機的發展
194第一代計算機的特點是操作指令是為特定任務而編制的，每種機器有各自不同的機器語言，功能受到限制，速度也慢。另乙個明顯特徵是使用真空電子管和磁鼓儲存資料。第一台電子管計算機 eniac 占地170平方公尺，重30噸，第二代電晶體計算機 1956 1963 1948年，電晶體的發明大大促進了計算機的...
人體中的物理學知識
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