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為什麼電子計算機要採用集成電路

2023年09月19日

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1989年11月17日,國內第一台小巨型電子計算機——NS1000小巨型機,由北京信通集團和北京大學計算機系合作研製成功。這台新問世的小巨型機具備以前巨型計算機的運算速度和部分功能,而體積只有巨型機的1%。那麼,怎麼會這麼小呢?原來,它是由集成電路製作而成的。現在,就來了解一下為什麼要採用集成電路來製造電子計算機!
袖珍式電子計算器,只有香煙盒那樣大小,用幾節小型電池供電,就能進行加、減、乘、除、開方等多種運算。一架中型或大型的多功能電子計算機,也只有幾個大衣櫥那樣大,用上幾十瓦或幾百瓦電就能進行運算。
1946年,美國發明的第一架電子計算機,是個龐然大物。它有幾萬隻電子管,要一幢大樓才能安裝得下。同時,還需要幾百千瓦的電力才能進行運算!每工作幾小時就得停工,進行維修。
為什麼現代電子計算機這麼小巧、省電、可靠,而第一代電子管電子計算機那麼笨重、耗電、易壞呢?
這是由於科學家經過二十多年的不懈努力,發展了微電子學,製造出集成電路的結果。集成電路以它優異的性能,使電子計算機的性能大大提高,體積大大減小,因而被稱為電子工業皇冠上的一顆燦爛的明珠。
集成電路可以將計算機所需的「單元電路」,集成在一塊很小的矽片上,這種「單元電路」,一般有200~300個元器件。普通用電晶體、電阻等單個元器件裝成的電子計算機,最簡單的也要上萬個元器件。如用集成電路,只需幾個到幾十個就行了。倘若採用超大規模集成電路製造電子計算器,它的元器件都可以做在一片分幣大小的矽片上,那麼整架機器只有一支自來水筆那樣大小。無疑,集成電路可使電子計算器或計算機的體積和重量縮小到幾十分之一,甚至幾百分之一、幾千分之一。
另外,一架大型計算機要用幾十萬甚至幾百萬個單個元器件,焊接起來不但費勁,而且質量也很難保證。例如,一架半導體收音機,有個地方脫焊了,會出現突然不響,但用手敲敲又能響一陣子的現象。半導體收音機還好辦,因它的元件少,排除故障較容易,而大型計算機的焊點多達幾百萬個,脫焊的機會必定多了,只要有一個焊點脫焊,機器馬上會失靈,排除故障非常困難。採用集成電路,可大大減少元件數量,從而減少機器因脫焊而造成的失靈,提高了電子計算器或計算機的可靠性。
其次,隨著集成電路加工工藝的逐漸成熟,產品的合格率也較高,它的成本比用單個元件焊接起來的電路要低得多。
從以上幾點,已足夠說明電子計算機所以要採用集成電路的道理。現在,不僅各種類型的電子計算器或計算機採用集成電路,在工業自動化控制儀表上也已大量使用集成電路。特別是運載火箭和人造衛星的電氣儀表上,更普遍採用集成電路,因為它可減輕火箭和人造衛星的重量,從而大大節約火箭的珍貴燃料。

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