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新材料带来新发展

下一节:摩尔定律失效

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新材料带来新发展课程教案、知识点、字幕

从ENIAC诞生后短短的几十年间

计算机的发展突飞猛进

其中研发的新材料

是计算机发展的一个主要原因

计算机中主要电子器件

相继使用了电子管

晶体管

中小规模集成电路

超大规模集成电路

1946年到1956年

主要元器件是电子管

运行速度每秒5千次到4万次

1957年到1964年

用晶体管代替了电子管

运行速度每秒钟达到几十万次

到上百万次

1965年到1970年

以中小规模的集成电路取代了晶体管

运算速度每秒钟百万次到几百万次

1971年至今

采用大规模集成电路

和超大规模集成电路

运算速度每秒几百万到几亿次

新材料引起的计算机的几次更新换代

每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量

大大减少

而功能大大增强

应用领域进一步拓宽

下面我们来梳理一下

元器件的发展历程

1904年英国电气工程师弗莱明

在爱迪生效应的基础上

发明了世界上第一支真空二极管

具有单向导电性

1906年美国工程师弗雷斯特

在弗莱明的真空二极管内

添加了第三个极

发明了真空三极管

起初电子管广泛应用在电报电话

无线通讯领域

不久人们还发现

真空三级管除了可以用来放大功能外

还可以充当开关的器件

其速度要比继电器快成千上万倍

电子管很快受到计算机研制者的青睐

计算机的历史也由此迈进电子的纪元

电子管原件有许多明显的缺点

以ENIAC为例

其内部有18800支电子管

它的发热量惊人

如果当锅炉每小时能烧开两吨水

为了散热专门配备一台30吨的冷却设备

是个耗电大户

它一工作整个费城西部的灯光

都暗淡下去了

而且容易损坏

一个电子管损坏

整台机器就不能正常运转

于是就得找出那个损坏的

再换上新的

非常麻烦

电子管还很贵

当时一个电子管

要卖一个到十几个美元

总之电子管对于计算机制造

并不是一个好选择

它的各种问题最终驱使计算机先驱们

目标明确的研发新材料

来取代电子管

于是肖克利等人

在1947年研制出晶体管

由半导体晶体

金箔和金属丝组成

电子管具有的功能

晶体管都能做到

电子管存在的缺点

晶体管都没有

当年用电子管做的

几间屋子大的计算机

用晶体管来实现的话

就能缩为几个机柜了

晶体管种类繁多

长什么样的都有

大家最熟悉的可能是发光二极管

计算机电视微波炉上的指示灯

都是发光二极管

电子管虽然在计算机制造上

不是一个好选择

但它的放大功能不能忽视

至今在一些高保真的音响器材中

任然使用电子管

作为音频功率放大器件

正是由于新材料晶体管的发明

几间屋子大的计算机

成功束身为几个机柜了

但是它还能不能再进一步

晶体管还能再小吗

为什么会提出这样的问题

我们不妨来做一道计算题

如果用晶体管制作一个存储器

用来保存100首MP3歌曲

要需要多少个晶体管呢

一般来说保存一个bt

需要几个晶体管

那么保存一个字节

就需要几十个

这样推算下来

保存1kb就需要几万个

一首MP3约3M

100首MP3歌曲约300M

那么需要50亿支晶体管

晶体管得堆积如山

这简直不可想象

你能接受这样的随身听吗

刚才的例子我们知道

无法用晶体管制作我们现在这样的随身听

那随身听是用什么材料制造出来的呢

1958年

34岁的基尔比

加入德州仪器

专注晶体管电路小型化的研究

有一天基尔比灵光涌现

他想一个大的电路

要使用很多晶体管

电阻这样的原件

电流不过是从一块掺杂的硅里出来

经过导线后又流入另一块掺杂的硅里

那么为什么不把连接线去掉

让电流直接从晶体管一个掺杂区域

流到另一个掺杂区域呢

就这样基尔比发明了集成电路

1959年

罗伯特·诺伊斯在基尔比的基础上

发明了一种新工艺

可以在一块本征硅上

制造大量晶体管

具备工业化生产的条件

使半导体产业

由发明进入了商用时代

同时还共同创办了两家

硅谷最伟大的公司

一个是仙童公司

一个是当今最大的设计

和生产半导体的英特尔公司

1971年

英特尔成功的在一块

12平方毫米的芯片上

集成了2300个晶体管

制成了世界上第一颗微处理器4004

开始了英特尔飞速发展

集成电路体积更小

耗电更少

而且寿命更长

可用于制造处理器的芯片和存储器

集成电路又叫芯片

是采用一定的工艺

把一个电路中所需的晶体管

二极管 电阻 电容和电感等原件

及布线互联在一起

制造在一小块半导体晶片上

然后封装在一个管盒内

成为具有所需电路功能的

微型结构

这是一个网上的图片

我们能够见到的芯片

把它放大两千倍

我们可以看到上面的布线

然后再给它放大

两万倍

就能看到里面的多层结构

再放大

就是硅片上做出的晶体管了

集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料

封装成一个个芯片

封装可以防止物理损坏

以及化学腐蚀

并提供对外连接的引脚

以便将芯片安装在电路系统里

我们常见的封装外壳

有扁平式的和双列直插式的

等多种形式

双列直插式常用作

中小规模集成电路的封装

它引脚的个数一般不超过100个

方形扁平式封装一般用在

大规模或超大规模集成电路的封装

现在集成电路

不仅在电子设备方面得到广泛应用

而且还应用到社会的各行各业中

集成电路已变的无处不在

集成电路的发明使微电子原件

成为所有现代技术的基础

1965年著名的摩尔定律

归纳了集成电路产业中

信息技术进步的速度

半个世纪以来

电路的集成度一直遵循着

每18个月翻番的速度高速发展

最终带来的直接效果

是计算资源的性能

越来越强大

而价格却变得越来越便宜

今天英特尔酷睿i5的性能

是英特尔第一代处理器4004的3500倍

而成本只有六万分之一

你手里的智能手机

恐怕比上世纪五十年代的超级计算机

还要强出不知多少倍

据计算目前人类能够达到的

最强处理能力

已经较上世纪计算机被发明的时候

提高了兆亿倍

2015年7月中

英特尔宣布下一代的10nm生产工艺

将推迟6月甚至更久的消息传出之后

计算机文化基础课程列表:

第1课:说在前面的话

-由一个短片引出......

--由一个短片引出......

-梳理IT产业大脉络(上)

--梳理IT产业大脉络(上)

-梳理IT产业大脉络(下)

--梳理IT产业大脉络(下)

-你的第一门计算机入门课

--课程介绍及要求

-实践:图像处理入门

--实践小作业要求

--操作前的几点准备

--操作1:素材整体布局

--操作2:制作收割后裸露土地的效果

--操作3:人物主体抠像

--操作4:图像合成的余下步骤

-第1课习题作业

-第1课导学帖

--第1课导学帖

第2课:揭开计算机的神秘面纱

-现代计算机为什么是电子数字的?

--数字装置与模拟装置

-二进制与十进制有什么区别?

--了解二进制

-为什么莱布尼兹没有认识到二进制的重要性?

--与、或、非

--二进制数的数字实现

-从ENIAC到现代通用计算机

--ENIAC到现代计算机

--新材料带来新发展

-摩尔定律会失效吗?

--摩尔定律失效

-讲座:计算机世界中的巨无霸

--计算机世界中的巨无霸

-参观:感受世界巨无霸(太湖之光)

--神威太湖之光简介

--探秘神威太湖之光

--神威太湖之光应用领域

-参观补充:走进济南国家超算中心

--走进国家超算中心

-实践:我的计算机有多快?

--我的计算机有多快?

-第2课习题作业

-第2课导学帖

--第2课导学帖

第3课:数字世界中形形色色的“数”

-数码相机是如何“计算”出一张数字照片?

--照相机如何感知世界

--如何拍摄彩色照片

-认识图像数字化过程中的采样和量化

--采样和量化

--像素、分辨率和色深

-计算机是如何感知声音波形的?

--声音量化三要素

-换一种思路来数字化文本信息

--机内码是如何产生的

--字符集的发展历程

-实践:常用网络资源下载

--常见下载方法介绍

--常见文件类型下载

- 第3课习题作业

-第3课导学帖

--第3课导学帖

第4课:最熟悉的陌生人APP

-软件解决的目标是什么?

--软件的目的是什么

-我们使用的软件是怎么来的?

--软件是怎么来的1

--软件是怎么来的2

-操作系统拥有什么样的神力?

--开机过程发生了什么

--操作系统的演变1

--操作系统的演变2

--CPU的管理调度

--虚拟存储技术

--统一驱动外设的方法

-访谈:如何成功研发一款手机APP

--互联网模式下的APP

--ColorV的应用亮点

--如何在互联网中掘金

--ColorV操作讲解

-实践:如何利用注册表进行系统优化

--注册表概述

--用注册表进行系统优化

--注册表与信息安全

-第4课习题作业

-第4课导学帖

--第4课导学帖

第5课:数据如何安好

-数字存储前言

--梳理数字存储历史

--磁、光存储介质

--半导体存储介质

-怎样在存储介质上表示1和0?

--光盘怎样表示1和0

--磁带和半导体怎样表示

-怎样从存储介质读取1和0?

--怎样读取1和0(上)

--怎样读取1和0(下)

-如何找到所需的数据?

--如何找到数据(上)

--如何找到数据(下)

-实践:文章排版基本技能

--引言

--中文输入

--排版的基本编辑对象

--打印字符与非打印字符

--图文混排

--页面设置

--利用样式润色文件段落

--利用表格布局标题

--分栏和首字下沉

--设置页眉与页脚

--设置插图润色排版

--LaTeX入门

-第5课习题作业

-第5课导学帖

--第5课导学帖

第6课:演示文稿制作

-演示文稿制作准备

--操作前的几个概念

--实践前的环境准备

--参考上机练习完成制作

-制作演示文稿

--具体版式幻灯片制作1

--具体版式幻灯片制作2

--具体版式幻灯片制作3

--具体版式幻灯片制作4

--幻灯片切换动画效果

--幻灯片元素动画效果1

--幻灯片元素动画效果2

--幻灯片元素动画效果3

--设置超链接按钮

--设置超链接文本

--设置演示文稿背景音乐

-作品赏析

--咖啡作品:演示效果的普适性

--机器猫作品:路径动画和背景音效

--夏天的风作品:Mac OS制作

--游戏作品:密室逃脱(上)

--游戏作品:密室逃脱(下)

-第6课习题作业

-第6课导学帖

--第6课导学帖

第7课:从单机到联网

-联网目的和资源共享模式的变迁

--中央主机-终端联网

--资源共享模式

--异构网互联

-物联网连入互联网

--互联网与因特网

-访谈:PC在智能穿戴生态系统中的定位

--对话联想(上)

--对话联想(下)

-参观:联想创新中心掠影

--探秘联想创新中心

-第7课习题作业

-第7课导学帖

--第7课导学帖

第8课:+互联网

-从网络组织来描述计算机网络

--计算机网络的定义

--通信线路和设备(上)

--通信线路和设备(下)

--网络软件

-从功能角度来认识计算机网络

--网络体系结构

--IPv4(上)

--IPv4(下)

--IPv6

--查看IP地址/DNS

-实践:网络不通怎么办

--网络连接

--用ping测试连通性

--ipconfig确定配置

--默认网关的MAC地址

--如何知道数据走哪条路

-第8课习题作业

-第8课导学帖

--第8课导学帖

第9课:从图像传感器看世界的物联

-认识图像传感器

--认识图像传感器

--图像传感器的应用

--图像传感器的市场

--图像传感器发展阶段

-图像传感器的应用

--在汽车中的应用1

--在汽车中的应用2

--物联网中的应用

-了解图像传感器技术

--图像传感器的技术

-图像传感器的挑战

--问题与挑战

-讲座:如何在大数据中精准生活

--走进大数据

--探秘腾讯大数据平台

--生活中的大数据

-实践:HTML入门实践

--HTML作业要求

--HTML基本标记

--综合样例(上)

--综合样例(下)

-第9课习题作业

-第9课导学帖

--第9课导学帖

第10课:从信息为王到选择为王

-认识搜索引擎

--这就是搜索引擎

--著名的搜索引擎公司

--搜索引擎技术的发展

--搜索引擎的目标与广告

-信息检索背后的关键技术

--海量数据的获取

--建立快速有效的索引

--搜索结果排名

-搜索引擎的未来

--情境感知的搜索

--社会化搜索

--智能搜索

-实践:Aminer学术搜索

--Aminer介绍

-第10课习题作业

-第10课导学帖

--第10课导学帖

第11课:信息安全知多少

-信息安全的基本要求

--信息安全的基本要求

--早期的计算机安全

-新型的网络攻击有哪些

--联线网络信息安全专家

--信息泄露

--信息安全与社会工程学

--移动安全

-未知攻 焉知防

--未知攻焉知防

--未知攻焉知防2

--信息加密

--安全防范原则

-实践:Excel实践

--认识Excel表格

--实例操作

--实例操作2

--实例操作3

--绘制图表

-第11课习题作业

-第11课导学帖

--第11课导学帖

第12课:说在后面的话

-回顾与展望

--回顾与展望1

--回顾与展望2

--回顾与展望3

--回顾与展望4

-什么是计算

--什么是计算

-访谈:信息技术交叉应用

--对话风投专家1

--对话风投专家2

--对话风投专家3

-嘉宾分享:闲谈数字产业创新

--闲谈数字产业创新(上)

--闲谈数字产业创新(下)

-第12课习题作业

-第12课导学帖

--第12课导学帖

新材料带来新发展笔记与讨论

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