视频中的设备：继电器 -> 真空管 -> 晶体管
20 世纪的发展要求更强的计算能力，房间大小的计算机发展到柜子大小。
哈佛 mark1 号， IBM 1944 年做的
继电器，机械继电器一秒最多 50 次开关
继电器出 bug
1904 年，热电子管出现，第一个真空管，改进后变成和继电器一样的功能
巨人 1 号 计算机在英国 布莱切利园 首次大规模使用真空管，但是编程麻烦，还需要配置
1946 年，宾夕法尼亚大学的 ENIAC 是一个通用可编程计算机
1947 年，贝尔实验室做出了晶体管，晶体管有诸多好处， IBM 很快全面转向晶体管
硅谷典故：很多晶体管和半导体的开发都是在这里的做的，而生产半导体最常见的材料是硅
肖克利半导体 -> 仙童半导体 -> 英特尔
上期视频我与大家分享了计算机早期发展历史，而到了 上个世纪中后期，发生了一 系列 重大的变化，那就是 计算设备 由 早期的打孔制表机 发展成为 编程的 机械继电器，后来机械 结构 的继电器 转变为纯电路结构 的真空管 ，之后 又转换成为了晶体管 ，
这些计算设备的 内部计数方式 ， 也有了改变， 由 制表机的 10 进制 运算 ， 转变为 真空管的 2 进制的 运算 。
大环境 -20 世纪的发展要求更强的计算能力
20世纪初，当时早期计算设备都针对特定用途，比如制表机大大推进了政府和企业， 这些机器 帮助 、 甚至代替了人工。当时的工业时代，人类社会的规模，在以前所 未有的速度增长，20世纪上半叶，世界 ， 人口几乎翻倍，一战 参与 7千万人，二战 1 亿多人，全球贸易和运输更加频繁，工程和科学的复杂度也达到新的高度，人们甚至开始考虑登 月行动 ，工程和科学的复杂度增高 ， 导致数据量暴增，人们需要更多自动化，更强的计算能力 ，柜子大小的打卡制表机，变成房间大小的可编程计算机 。
这些机器为未来创新打下基础 ， 维护费用高，而且容易出错。
第一台全自动可编程计算机 “ 哈佛马克一号 ”
世界上第一台全自动可编程计算机 “ 哈佛马克一号 ” ， IBM 在 1944 年完成建造，给二战同盟国建造的，哈佛马克一号，是最大机电计算机之一，霍珀为 (Harvard Mark-Ⅰ) 编写程序，它有 76 万 5 千个组件， 300 万个连接点和 500 英里长的导线，为了保持内部机械装置同步，它有一个 50 英尺的传动轴，由一个 5 马力的电机驱动 ，
这台机器最早的用途之一，是给 “ 曼哈顿计划 ” （利用核裂变反应来研制原*弹子**的计划），
这台机器 核心，就 是 “ 机械继电器 ” 。
机械继电器计算机 “ 哈佛马克一号 ” ：与之前的制表机的区别是，其内部计数方式由 10 进制转变为 2 进制的过程。
制表机的 10 进制计算 转变 2 进制运算
在了解 什么是二进制之前，想一下十进制 ！
我们一般人有十个手指头，十个脚趾 头，我们可以从0数到 9 ，记账用的是十进制，我们知道个十百千万这些数量级 。
但是生活中也并不全都是十进制的计数方式 ， 比如时间： 60秒是一分钟， 60 分钟是一个小时， 24 小时是一 天，一年一般是365天。我们生活的世界很多刻度与进制都是人为规定的。
二进制也是人为规定的。如果用十进制来表达数字，那么每一个位上只能出现0到 9 这 10 个数字，二进制也同样的，如果用二进制来表达数字，那么每一个位上只能出现 0 或者 1 这两个数，这和十进制没什么不同， 与 10 进制不同的 是 ， 某个位上能用的数字少一些而已 10 进制是 0-9 ，二进制是 0-1 。 而且二进制运算 有专门数学分支 “布尔代数”来帮助运算。
计算机中也有两种状态， ——电路 有电连通 与 断开 这两种状态。简单来说：就是电路中有无电流通过，如果有电流通过，就可以代表二进制中的 1 ，没有电流通过就可以代表二进制中的 0 。
在控制二进制的位数，就可以进行数据的运算。 这种二进制 计算方式特别适合 计算机。 （具体二进制会在以后的课程详细解答）
机械继电器原理：
继电器：是用 电 控制机械的开关，继电器里，有根 “ 控制线路 ” ，控制电路是开还是关
控制线路 连着一个线圈，当电流流过线圈，线圈产生电磁场，吸引金属臂，从而闭合电路。
你可以把继电器，想象成水龙头，把控制线路，想成水龙头把手，当打开水龙头的时候，水会从水龙头流出来，关闭水龙头，水就没有了。
继电器是一样的，只不过控制的是电，而不是水。
这个控制器电路可以连接到其他电路，比如马达，让马达计数齿轮+1，
就 像 机械 制表机一样。
继电器做计算机的弊端
第一：运算速度慢
内部的机械臂是机械的，因此无法快速开关。
1940年，一个好的继电器 1 秒能翻转 50 次，看起来好像很快，但还不够快，不足以解决复杂的大问题。
哈佛马克1号的性能
哈佛马克1号， 1 秒能做 3 次加法或减法运算， 乘法要花 6 秒，除法要花费 15 秒，更复杂的操作，比如三角函数，可能要花一分钟以上
第二：继电器齿轮磨损
任何会动的机械都会随着时间磨损，有些部件会完全损坏，有些则是变黏，变慢，变的不可靠。
并且随着继电器数量增加，故障概率也会增加，哈佛马克 1 号大约有 3500 个继电器，假设继电器使用寿命是 10 年，也意味着平均每天都得换一个故障的继电器，这是一个很严重的问题，因为有些重要的运算要运行好几天，而且还有更多其他问题要考虑，
计算机专业术语 bug
这些巨大，黑色，温暖的机器，会吸引昆虫， 1947 年 9 月，哈佛马克 2 型操作员，从故障继电器中，拔出一只死虫
计算机软件工程第一夫人，Cobol语言之母，耶 ...
简介：格蕾丝 · 霍珀（ Grace Hopper ）
格蕾丝 · 霍珀（ Grace Hopper ） 她说： “从那时起，每当电脑出现了问题，我们就说它出了 bug （虫子）” 这就是计算机专业术语 Bug 的来源，清理 bug 时间很麻烦的事，因为计算机内部空间很小，需要小孩子进到计算机里面去清理 bug ，记忆当中比尔盖茨，小时候的零花钱多数都是清理 bug 赚来的，而且数量还不少，主要原因是他的母亲是 IBM 的高管。
显然，如果想进一步提高计算能力，需要靠更快，更可靠的东西，来替代继电器，幸运的是，替代品已经存在了。
继电器的替代品 晶体管 “二极管”“三级管”
1904 年，英国物理学家“约翰·安布罗斯·弗莱明”开发了一种新的电子组件，叫 “热电子管” 把两个电极装在一个真空密封的玻璃灯泡里，这是世界上 第一个真空管 ，其中一个电极可以加热，从而发射电子，这叫 “热电子发射”另一个电极会吸引电子，形成“电龙头”的电流 ，但只有带正电才行，如果带负电荷或中性电荷，电子就没办法被吸引，越过真空区域，因此没有电流，电流只能单向流动的电子部件叫 “二极管”，但是我们需要的是，一个能开关电流的东西。
简单来说：就是电路中有无电流通过，如果有电流通过，那么电路中的灯泡就会亮起，这种状态就是 1 ，反之，如果电路中无电流通过，那么电路中的灯泡就不会亮起来，那么这就是 0 状态。
幸运的是，不久之后，在 1906 年，美国发明家“李·德福雷斯特”他在“弗莱明”设计的两个电极之间，加入了第三个“控制”电极，向“控制”电极施加正电负荷，它会允许电子流动，如果施加负电荷，它会阻止电子流动。
因此通过控制线路，可以断开或闭合电路，和继电器的功能一样，但重要的是，真空管内没有会动的组件，没有了机械的磨损，更重要的是，每秒可以开闭数千次，因此这些 “三极真空管”成为了无线电，长途电话，以及其他电子设备的基础，持续了接近半个世纪 。
真空管不是完美的，它们有点脆弱， 像灯泡一样，而且电压不稳的时候，会烧掉，但比起机械继电器是一次巨大进步 。
起初，真空管非常昂贵，收音机一般只用一个，但是计算机可能需要上百，甚至上千个电气开关，
到了 1940 年代，它的成本和可靠性得到了改进，可以用在计算机里。至少有钱人负担的起，比如政府。 这标志着计算机，从机电转向电子 。
第一个真空管计算机 “巨人 1 号”
第一个大规模使用真空 管的计算机是 “巨人 1 号” ，是由工程师 “ Tommy 汤米 Flowers 花 ”设计，完工于 1943 年 12 月，巨人 1 号 在英国的“布莱切利园”，用于破解纳粹通信，无独有偶，阿兰·图灵他经常被称为“计算机科学之父”图灵也在“布莱切利园”做了台机电装置，叫“ Bombe ”这台机器的设计目的是“破解纳粹《英格码》通讯加密设备”！但是 Bombe 严格来说不算计算机，总之，巨人 1 号拥有 1600 个真空管，总共制造了 10 台巨人计算机，来帮助破解密码，巨人被认为是第一个可编程的电子计算机。
编程的方法，是把几百根电线插入插板，有点像老电话交换机，这是为了让计算机执行正确操作。虽然 “可编程”，但还是要配置它，
宾夕法尼亚大学的 ENIAC 是一个通用可编程计算机
电子数值积分计算机 “ ENIAC ” （安妮亚克） ， 在 1946 年，在“宾夕法尼亚大学”完成建造 ，设计者是 john Mauchly （约翰 ·莫奇利） 和 J.Presper Eckert （普斯珀 ·埃克特） ，这是世界上第一个真正的通用，可编程，电子计算机。 ENIAC （安妮亚克） 每秒可执行 5000 次十位数加减法，比之前的计算机快了很多倍，它运作了 10 年，根据估计，它完成的运算，比全人类加起来还要多，
因为真空管很多，所以故障很常见， ENIAC 运行半天左右就会出现一次故障，
到 1950 年，真空管计算机都达到了极限，美国空军的 AN/FSQ-7 计算机于 1955 年完成，是“ SAGE ”防空计算机系统的一部分，为了降低成本和大小，同时提高可靠性和速度，人们需要一种新的电子开关 。
晶体管诞生
1947 年，贝尔实验室科学家，发明了 晶体管 ，一个全新的计算机时代诞生了。晶体管的物理学相当复杂，牵扯到了量子力学 。 所以我们只说基础，晶体管，就像之前提过的 “继电器”或“真空管” 。
它是一个开关，可以 通过 控制线路来控制开或关，晶体管有两个电极， 电极之间有一种材料隔开他们 ，这种材料有时候导电，有时候不导电，
这就 叫半导体 ，控制线 连接到一个 “门”电极 ，通过改变 “门”的电荷，我们 可以控制半导体材料的导电性 ， 来允许或者不允许导电 ，就像之前的水龙头一样。
贝尔实验室的第一个晶体管，就展示了巨大潜力。每秒可以开关 10000 次，而且比起玻璃制成，易碎的真空管，晶体管是固态的，晶体管可以远远小于继电器或真空管。
晶体管计算机
导致更小，更便宜的计算机，比如 1957 年发布的 IBM 608 ，第一个完全用晶体管，而且普通消费者也可以买的到的计算机。它有 3000 个晶体管，每秒执行 4500 次加法，每秒能执行 80 次左右的乘除法。 IBM 很快把所有产品都转向了晶体管，把晶体管计算机带入办公室，最终引入家庭。
如今，计算机里的晶体管小于 50 纳米，而一张纸厚度，大概 10 万纳米，晶体管不仅小，而且还超级快，每秒可以切换百万次，并且能工作几十年。
硅谷的典故
很多晶体管和半导体的开发在 “圣克拉拉谷”，这个地方在加州，位于“旧金山”和“圣荷西”之间，而生产半导体最常见的材料是“硅”，所以这个地方呗称为硅谷。
肖克利半导体->仙童半导体 -> 英特尔
William Shockley （威廉姆·肖克利） 物理学家。因对半导体的研究和发现了晶体管效应，与巴丁和布拉顿分享了1956年度的诺贝尔物理学奖。
William Shockley 都搬过去，创立了“肖克利半导体”里面的员工后来成立了“仙童半导体”，这里面的员工后来创立了英特尔，当今世界上最大的计算机芯片制造商。
在这期视频我分享了继电器计算机 “哈佛 mark1 号 ”， bug 和硅谷 这一专业计算机术语的由来，真空管的由来和晶体管计算机的由来。在下期，我会分享二进制与布尔代数，以及布尔代数的相关逻辑有哪些，二进制的计算机如何表示文字，字符集和编码的发展历史