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1929—1945年科学技术的成就·电子技术的发展与电子计算机的诞生

作者:主编 时间:2022年12月03日 阅读:156 评论:0

电磁波理论的应用产生了电子技术,最先是无线电报,1906年电子三极管发明后,电磁波可以传播声音,出现了无线电话和广播。三十年代,无线电波进而被用来传送图像、探测远处物体,从而使电子技术成为最引人注目的学科之一。

在电子技术中广播是最先得到普及的。自从1920年美国匹茨堡建立起世界上第一个广播电台之后,各国都相继建立起广播网,到1930年已遍及全球。三十年代,欧洲国家的广播电台可以与美国联播,从而形成世界性的广播体系。收音机的销售量急剧增加,在美国,1922年销售10万台,1929年增至440万台, 1939年为1,050万台。1930年,磁带录音机发明后,电台广播的内容更加丰富了。各国都将电台广播作为国家的喉舌。苏联从三十年代初起,开始用50多种语言对外广播。欧美各国,特别是德国和意大利,十分重视对外广播的宣传作用。

随着广播通讯的发展,产生了对多种波段的要求,这就提出了发展超短波和微波的问题。一些频率高、功率大的电子元件应运而生,这又为电视的发展准备了条件。根据光电效应的原理,三十年代出现了两种电视装置:一种是机械扫描电视,另一种是全电子电视。英国发明家贝尔德(1888—1946年)继承前人发明的光电机械扫描圆盘,成功地进行了传送活动图像的实验。1929年,他说服英国广播公司用广播频率试播电视,从而使机械扫描电视进入实用阶段。1936年11月2日,BBC电台开始每日播出两小时的电视节目。但是,机械扫描的速度有限,不能得到清晰的图像,所以,科学家们也同时进行电子扫描的研究。俄国学者兹沃里金(1889—1982年)1919年移居美国后,一直从事这项工作。1930—1939年,他在美国无线电公司的资助下研制成功了灵敏度较高的光电摄像管,并在其他学者配合下,使电视的摄像和显像完全电子化。1939年4月30日,美国无线电公司在纽约举行的世界博览会上,第一次用全电子电视转播了博览会的开幕式。但是,战争使美英的电视事业陷于停顿,电子设备厂转为生产军需品,直至1946年才恢复固定的电视节目,电视才真正进入实用和普及阶段。

第二次世界大战期间,雷达成为电子技术的代表性产品,故有电子工业的雷达时代之称。早在十九世纪末,科学家就知道固体能反射无线电波,因而无线电波有跟踪和测距能力。二十年代,英美科学家根据这一原理研制无线电的探测和测距,英文是radiodetecting and ranging,缩写是radar,即雷达。雷达起初主要用于军事,探测敌方飞机和海面舰艇的活动,只有法国例外,开始便用于和平目的,进行海上救生和港口引航。英国为了预防空中袭击,投入大量资金发展雷达。1935年,皇家物理研究所无线电部主任沃森·瓦特(1892— 年)研制成第一部探测飞机的1.5cm波的雷达(CH系统)。1938年英国在东海岸200公里长的地带建立起防空警戒雷达网。由于得到丘吉尔首相的高度重视,在二次大战中,英国的雷达装置得到迅速发展。美国海军研究所从1931年起着手研制雷达,到1936年研制成功SCR268防空火控雷达,这是一种脉冲雷达,可以探测16—19公里。1939年,美国陆军研制成远距离的SCR-270型雷达,装备在船上。1940年,英美合作研制雷达,制成了一种新型的磁控管,比三极管功率大五倍,频效高四倍,这使雷达获得了新的微波源。1944年,磁控管的功率又增加了2—3个数量级,加之采用大型抛物面反射天线,使雷达的有效距离增至400公里。

二战末期,第一代电子计算机的诞生,是电子技术发展的高峰。战时的军事、生产和科研都有大量复杂的计算问题,如原子能研究中的数据处理,各种飞行武器的运行计算,常常需要几万次、甚至几百万次的运算,而且,计算的速度与精确性也要求很高,这不仅是传统的手摇机械计算机所不能胜任的,就是哈佛大学的艾肯(1900— 年)于1939—1944年间新研制的继电器计算机也不能满足需要。于是,宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系的莫克利(1907— )等年青的物理学家便开始研制电子计算机。他们吸取了历史上许多科学家设计制造计算机的经验教训和数学、数理逻辑和物理学发展的理论成果。尤其是1936年,阿兰·图林提出的“理想计算机”的思想,为电子数字计算机提供了数字模型。在雷达研制中涌现出的新的电子元件和电子线路,使电子计算机的研制成功成为可能。1942年8月,莫克利提出了题为《高速电子管计算装置使用》的设计方案。

莫克利的方案受到军方的支持。当时,陆军弹道研究所与莫尔学院建立了关于弹道计算问题的协作关系。300多名工作人员日夜计算也不能适应需要。1943年4月9日,弹道研究所决定投资40万美元支持莫尔学院研制这种新型计算机,由莫克利和工程师埃克特、军方代表戈尔德斯廷组成领导小组。经过两年半的努力,于1945年底研制成功,1946年初公开展示,定名为电子数值积分和计算机(Electronic Numerical Integreter and Compu-ter),简称ENIAC,该机使用了18000个电子管,重达30多吨,占地170平方米。它每秒可做5,000次加法,或500次乘法,比继电器计算机快1,000倍,一小时工作量等于100个人工作两个月。它的缺点是没有内存储器,而且,由于是“外插型”程序,每改变程序需要花费比使用多几百倍的时间进行准备工作,故美籍匈牙利人数学家诺依曼(1903—1957年)还在EN1AC制作期间,便开始了更高效能的“程序内存”计算机的设计。1945年年中,他提出了定名为离散变量自动电子计算机的方案(Electronic DiseveteVariable Automatic Computer)简称EDVAC。该机的优点是采用了二进制和建立了存储程序,这样可以简化计算机的结构,大大提高运算速度,然而,遗憾的是,由于争夺发明权而延误了制作。最后,由英国剑桥大学数学实验室于1949年5月建成了第一台程序内存计算机。这种计算机不需要外部指令便可按顺序自动进行计算,从而更接近人脑的工作方式,它标志着电脑时代的开始。

战时涌现出的所有电子产品,由于都使用电子管,其体积、重量、功耗都比较大,与军事上的轻便要求还有很大距离,所以,美国贝尔研究所便把研制晶体管的问题提上了日程。晶体管是半导体做成的,早在十九世纪末人们就发现了半导体对无线电波起检波作用。三十年代,贝尔研究所的肖克莱(1910— )和布拉坦(1902— )分别从事有关理论的研究。1945年,物理学家巴丁(1908— )任贝尔研究所主任,与他们二人合作研究晶体管的理论和制作。1947年12月23日,他们用锗半导体晶体制成了具有电流、电压、放大功能的点接触型晶体三极管。1948年6月30日首次在纽约展示,次年,肖克莱又研制成功其性能可以完全取代电子管的晶体三极管。这是电子元件的第二次重大突破,它预示着电子工业的一场新的革命即将到来。

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文章来源:主编

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