電子計算機技術之發展
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電研所五十一年級同學結黨在旬，謹按此文以賀
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關例(註 ω)( 廿旦 UEN) 等已發明了貢用之計算鶴。帕氏 製作一種能自動進位之加算役，然後由萊氏加臥改良 成一種藉退位加算做乘法演算之機械。帕氏和萊氏之 計算機組三世紀悶不斷之改良才成為今日之桌上計算 機(口 gFnn 巳 nczg 門)或電動計算機。 帕氏與萊氏何以起當研究利用機拙作數值計算我 們雖不太明瞭，但因數個計算之損算規則極簡單明確 ?我們不難想像自古就有許多入有過配種思想。東民母校任教二迅年
我來母校擔任交換電路一課的講授， 已屋二千 9 前梭共經過三個推次，每挨一 個祈旗，成總成覺到筱泉同學的向學之識 勝於前者，我﹒也是 -Ad--刀之所及提高課程的 叫內容，其時雖亦有少數同學認為所費於報 叫汁作素的時閥與精力太多了，而希望減輕 …，但極大多設的同學是認識清楚當前科學， 同 (一) 電子計算機於一九叫六年問世至今十五年間，計 算機之性能與應用均有億人之發展。然而使用機械計 算之思想並不新穎 o 捏在紀元前兩干年左右就已出現 算盤，也許因過於簡單，不能算是計算機械，但十七 世紀數學家帕斯卡門話心)(句 BSC 與萊布尼茲 3 司 1311 司司 114jl 且認為不但是數值計算，運人類論理思考的過程也可 阿以機械化。當然在當時此種主張必定被認為是謬論。 數學安萊氏若看到今日計算機之能證明數學上之 定哩，大概會認為這就是他的思想之具體化。事宜上 十九世紀之英國數學家巴只芝(詮 ω)( 因 mHU 甘心問 0) 已 經考察過一種動作原理蔑乎與今日之電子計算棧完全 相同之機械，叫〉口巳 3 戶口已開口的戶口。和臣民 mBEEH MW 口問門口。。 今日英國的博物館裡仍然陳列有巴氏製遇之計算 機的零件。巴氏想在其計算機使用之計算方法雖然與 今日之電子計算機者完全相同，但因當時電子工程尚 未發達，只能使用齒輪等純機械之方法，很難有適當 之放大機構，信號之傳送常因摩擦的作用無法施行。 (一一) 巴氏是與法拉第(吋 MHE 門戶"u1) ，，馬克斯威爾( 星 NHM 苟且已同時代的人。當時電磁現象剛發現不久， 真空管當然還沒有，連繼電器、馬達、發電機等都街 未問世，因此未會考慮應用電磁現象於其計算機。然 而犬約一百年後賓州大學與美國陸軍合作製成之第一 郵電子計算機開 ZH 〉的(註仙)可以說是集一世紀來科 學進步之成果。開 ZHKF 仍是二次世界大戰末期因欲計 算彈道而發展成功的。當時電子工程已相當發達，昕以 使用真室管放犬，同時因二次大戰中有關官建設術之 研究發展，眼說投術有了很犬的進步，故問 ZHK 戶口中也 一弘一 鹿寶煌 五十一并六月廿主日 四九卒級莊美惶
冗分腦用了脈故技術 o 可見雷手計算機技網之發展指 賴科學投術之綜合進步。 拉舉世注目之間 ZHKFn 尚無特別之記憶裝置，計 算機構也只是以十組真控管且在 -EO ℃電路，代替桌 上計算機之計數輸，昕以使用了多達一萬八于八百玄的真盡管，耗電力一百二十問司~。如此龐大的機械買
不貫用，然而就計算機之佳能，特別是計算速度論， 不能不算是計算機投術之一大革命。然而
9如此龐大不經濟的計算機以問
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門〉白為第
一部，同時也是最後的一部。十六年來電子計算機控 術之研究不斷成驚人之連慶在推進。其後之置子計算機均使用了特為計算機發展之記憶裝置，計算線路也
經不斷之改善，雖使用較少數之真盡管(或電晶體)
但計算速度與記憶容量均仍此間 ZH 〉的為優 o 總括過去十六年來計算機發展之過程，大致說起來初期立電子計算機大部份是臨存投術之組合
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譬
如最初使用為記憶裝置之水銀超音波還延線路( 已 1月 2司 dzgmo 口古巴巴哥們戶口 0) 原來是霄達使 用的。後來會經一度廣為使用立陰極射線記憶苦( CFoaoHNaωZEmo 吋口 σ0) 除了均句的螢光回 較為特殊外，也與一般的布勞恩管(因門。考口吋 ZU0 )差不多。反之，最近之電子計算機已輕用電晶體裁 吋mHESEg 口(詮 ω) 等代替真空官，記憶裝置也大部 份改用具有鉅形磁滯間(且可碎 Rom-ωFoo 巴特性之 磁心(崑品位已戶口的。 2) 。這些新元件 SHOESC 月 15 月在電子計算機誕生當時是完企沒有的，可見不滿十年 立問置于計算機投俯已完全改變了。
膽
十年後計算機將使用何種新投術、新元件，誰 也無法做朋峙的預捌 F，但我但可 mu 醉信計算機技欄 文將與現在的全然姐異。看看最近各方面對於電子計 算梅新投俯之研究，夫致均在發掘以往電子工程未會 使用過的物理現象。譬如吽世紀以前就發現的超導性 (∞口音門的。口已 Eti 丹已現象，雖然一直由物理學 家不斷做純科學之研究，都無人將之應用到電子工程 。直至一八約廿年前才有但自吋之巴克教授(也﹒ kp ﹒ 出 5 日向)想到將它應用利電子計算機，即研謂之 仍是 0月 op( 註的明)。五年前日本的。口可公司研究室之江 畸博士發現薄可 Z 半導體之接合部分，賴隧道殼廳( 1門口口口已開民切已)可發生負電阻現象，此郎昕謂之 隧道二極體(吋口口口巴巴古已 0) 。 望 r、 一 、-' 隧道二極體應用於電子計算機有何優點?欲明瞭 這一點，必須稍為分析隧道二極體之特性。 江崎氏於一九五七年發現合太量不純物館( 白白白宮古巴)半導體的 HVZ 接合部份具有負電阻特 性，並以隧道效應做現論解釋。有負電阻就有放大作 用的可能性，昕以証崎氏的論文在句 HHUE-n 旦出。丘 mwd有 出來不會有民肉之傳送。民之，隧道二極體因只有二， 極，其中之一極接地後只剩一一種，信號由此極進去後 仍須由同極出來，因此歌眼制信號之單向傳送實很困 難 l 此外俏有一犬問題，就是穩定度與放大度有相斥 之性質。此因應用隧道二極體於放犬之電路中，若欲 獲俘高度放太率則電路中其他元件之電特性?電習雷 壓等之變動必飼俱制於極小的範圍之內，否則整個電 路之穩定性就會顯著地破壞。因此只用一個隧道二極 體不能得到高放犬孽，必須使用多段放犬，於是電路中昕需元件數目大為增加，信號傳送之遼寧也大為誠
口全。 fHNnuk 戶之專家們會語「隧道二極體實在並不好用 ，但因目前俏無俾還速率更快的元件?即以不能不使 用信」。這何話充分顯示了隧道二極體計算機之研究 的現狀。 隧道二極體的變換速率(的豆 ZFEmmHUO 且)高於其他一切兵放大作用之元件，大約是電晶體之二十
至三日唔，這是它最犬的特徵 o由肝、宮白白白宮晶體之 發展，電晶體計算機之時週(註粉 )(2 。其間門。 ρci o口惡)已可達數卡崑口，昕以一百宮。時週以上時隧 道門還體才能發揮其真正的價值。間的〉試遁的隧道 三極體計算電路之時週會注四百五十 V向口，將來增加 到了 γ 信口當無問題。 一千 Zn 相當於 r真叫訟中一二十 nB 之波長。若計算撥 有三米長，則信號車從一端侍送到另一咱就需十怯於 (誼的)發表不久的開同口 kpu 切開 FHA 等公司郎著手研究 ，白宮並特地請他到獎國指導研究。具有負電阻現象 的元件很多，何以隧道二極體特別引 1人注目?此方因 其高週特性比其他一切負電阻元件為優，因之動作速 度很高之故。 我們不妨舉按人門口型電晶體 CC 口 25 口抖， E 口皂的卅日 )與之比較。此種電晶體之上酷迫率由何決定?電晶 體是由 P 型和 N 型半導體以三明泊的形狀構造的，挾 在中間的基層(因 80) 之厚慶決定 7 它的上眼週率 1 此層愈薄上眼週率愈高?但薄的程度總有一個眼度 ，太一薄則投箱上與-理論上都有困難，昕以上眼週率犬 設在一于涅的主右。反之隧道一一極蟬的原玟為隧道教 應，此為完金不同的現象，可以不必考慮到基層厚度 的投術困難。以往的實驗會發現過率達皂白皂白(詩加 ω55) 時其負電阻特性俏末消失的例子。 隧道二極體有種種優越的特性!向時牟導體的隧 道教應現象本身亦兵相當的價值，所凹凸至今對肝、此等 之純物理的基本研究仍然盛極一時 o 但目前最大的問 題毋寧說是隧道二極體應用電路之未聽完善，昕以應 用隧道二極體乏電子計算機雖經不斷地努力研究，仍 未達實用之階段。 何以發生這種應用電路之投術問題?主要的原因 為隧道二極體只有兩個喘極，電晶體邦有回忌。、 開呂立汁。門口。口。 2 日三個端極相當於其惡管之相棍、 陰極和屏極，信號由切忠心進入輕教犬接從而且古巴。、 自 16..
國 相當」千崑口的時閉門 mVHOXJFCioMHO-9gmH) ，掰 麼影響計算速度的並非隧道二極體而是電線的，長度。 由此可見將來發展起高速計算機時信號傳送之還延將 是一個大問題，欲解決這個問題唯有實施計算機之小 型化及超小型化。 r、、 一 一、-' 目前計算機技俯之研究目標有立了﹒即提高計算遠 度，計算機小型化，與賴新的生產法降低價格。使用 隧道二極體可望達到提高計算速度之目標，但欲達成 其他兩個目標勢氛尋找其他新方法。 一般認為將來可望達成大量生產與小姐化目的者 為蒸著法(〈忌日們。且古昀)。所謂蒸著法是將歌 璃板置於真空爐中，故璃面上單以只在欲登上東西之 前世間孔的單子，然後將欲盒上去的東西周奈的方法 附若上去。將金屬與絕緣物一層一一居安五地間看上去 就禱，成電路。將來也許整個電子計算機就用這種方法 製造。 以目前的投俯論最適合於蒸普法的元件就是利用 超導性現象的，仍是。可 O口。所謂超導性是鉛、錫和其 他數種金屬具有的一種低溫特性 ι將這些金屬冷押到 被體氯的溫度時電阻就會變成零。昕以具有超導性的 金屬環中一旦有電流?則此電流將永久持賴不會誠哀 ，利用這個性質無疑的可以用它造成一個記憶單位。 此外這種超導性扶態下無電恆的金屬，若加以一定強 一廿一度的磁場其超導性則將消失。 專安們會考察過各種型式的口門呵。可 O口，但研究 進行得最快，也是一般認為最有成功希望的為錫膜與 鉛膜問介以一層絕緣物的錫鉛仍是已門。口。關肝、磁場 對超導性之破壞，鉛能比錫耐較強的磁場。因此若在 鋁膜上加以控制電流，其韻場就可用以變換錫膜上的一 電阻值，如此簡單之構造可構成具放犬作用的元件， 其輸入(鉛膜)與輸出(錫膜)更可以完全分間，且 可以用系著法製造，這是 nao 宵。口最大的特長。 白宮會發表 •• 在 -nBN 的故璃上用蒸著法製造了 一百三十五個仍是 25 口錯，錫與絕據物(的戶。)的厚 度均只有數干〉。(註仙)，且試驗結果成功率是一百 M舟，可見奉著法對於計算機之小型化將有很犬貢獻。 自信的專家會在美樹計算機學會的演講會中發 表下面一段近似夢壇的話 •• 「由於蒸著投柄的發達， 將來信子計算機之製遇將會像印書那麼簡單。玻璃斤 從工場之一端進去，經一連串之蒸著處理將鉛錫等必 要之物質附若上去後，不久就有一部完整的計算搜從 另一端出來。現在佔整個房子那麼犬的計算機將來也 許只有一本書都麼小。雖然計算機太小，一旦有故障 將無法修理，但那時也許一郡計算機就像一本書都麼 便宜，根本不必修理，損壞臥後，再買一部新的就好 了。」今天講這種話也許是無釋之談，但將來可能具 有實現的一一式。 主於租小型化這個問題，避開可否實現的可能性 位認為犬致在 HO=IHOH 訊自付(詰個〉之間。另」方面 目前電子計算機記憶容量最高跟度邦只有 HOU 出許左右 。這是目前電子計算機趕不上人腦之最犬原因。 然而，就速度而言，電子計算機翱連勝人腦。一 個腦細胞的動作約需一日 ω( 包 l臼譯)目前已經費用 的電子計算機基本演算的速度只有幾 5(51 自導) 。將來使用隧道二極體時計算機速度降低到一 sg( HCiu 譯)當無問題。 總而言之，電子計算機之動作速度還勝人腦，但 元件(腦細胞)數目與記憶容量這兩點電子計算機叉 全然無法與人腦相比。做數值計算、時，當然電子計算 機比人腦快而且確實，但做更高級的工作如思考、推 論等，今天的電子計算機似還無能為力，而非人腦不 行。這個事覽的理由之一為電子計算機的記憶容量與 元件數目遠比人腦為少。昕以今後欲達成製造真正電 腦的犬目標，記憶裝置與超小型化這兩個問題的研究 應該是很重要的。 附詰 •• P) 出古凹的。可 gn 且 (HGNωIHSN) (憊的。 ZE 旦司已 FO 】BF 旦宮前。但 GIH4HO) (ω)muzmH 門古 ω 切 mHσσmHmmw(HJ 『UH--戶∞ J口) 空間 ZHKFC( 盟。丘吉 EnZ 口 SR 古巴 EZmgg 門 gn 凹的 0日℃ ER 〉 叫{，特制開間內 HHC 時 HrHO 向 HCRXHO 時 mOOO\ 的OC ω。。 \mmo 不談，理論上電子線加工(自 onRO 口回 SB 吋門 gl 片白。口付)投術，應有研究的價值。因電子線的波長極 短，用電子顯微鏡已能看到一百〉。那麼小的東西， 同時電子線之掃描也品於控制，昕以這種投術之成功 當不無可能。果真電子線加工投術能實用，則一一個計 算機元件將只有 -ZN( 註制)那麼小。 自 18 一 ~、 一一 一、‘./ 「電腦」這個名稱可以說是電子計算機之俗稱， 體管有許多專眾反對這種稱呼﹒，也有人亂用這惆名稱 ，我認為現階段的電子計算機中具備電子、自動、高 速、數值等特性的(師也 8 月 o口戶口"〉 EOB 阿拉兒叫 EmymMUO 倚門戶口 -mR 丘們。 HUMUEO 片)就可以叫電腦 。依照這個標擊，則就昕知目前自由中國只有安大之 白宮忌。可以叫‘百腦。 事實上計算機改良研究的最終目標是製造接近人 腦，甚至凌駕人腦的計算機。說到這祖我們不妨稍為 對人腦與目前最好的電子計算機做個粗淺的比較，然 後分析是否可能達成這個犬目標。人類的腦細胞犬致 有 HOHO 郎 HC0 億侶，目前最犬的計算機之元件最多不 過 5 萬個，但體積已經是那麼龐犬。昕以將來計算棧 之起小型化成功，元件數目大為增加峙，計算機可望 接近人腦。 其次談到記憶容量這個問題。雖然人類對於其腦 部之-記憶機構昕知不多)科學史仍在積極研究，但日步 心。同+阱。再 Mm 溫帶 uqg-mmn 3) 的 OORR 吋 VO 叫MRmHEEgpumEm 戶gnoBMVE 戶口 m 已。目而且還 EnvEENZ 可 RMHBZ 丘。 。 ω口戶口 hHEO 口 3 日UH 。n-H 間開 uJ 刊。戶串戶 z 。﹒∞"。 H臼 OAF krzmwH 鼠。﹒ σM 可開﹒的。帥。(為聽消 l 〉 (0) 叮叮叮。卅門。口 ummwm 可 HOn.HHN 開 -w 呵。于串串 uMUhF ∞MV 巴叭。 "σMY 口〉 -U 口 RMW (3 、門口口口巴巴戶。此。叮叮}也 ω古巴悶。 iodqu 〈。日 -HCF 。。。 ωuHM} 間∞﹒ (∞)的可口 nF 門。口 ogn 。BMUER 舟沮沁吋 -SEM 峭 的。月 2 論聞報詩抖的]。其 ME-mo 。 Qonw 舟。 ρSEM 可誼。。長百戶的 OUW 崗帕爾。 (@)〉口 mmH 門。 SEElHDBZR 戶口)富戶口。口旦旦!白宮 RR 面已回戶口創門可口信 ZN 懿訕 w 說山倒沮 UNK 司品 (HPI 峙。門自己戶。口 )3 個舟。 一 19 一
