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大規模集成電路計算機

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大規模集成電路 大規模集成電路 (LSI) 可以在一個晶元上容納幾百個元件。


1 大規模集成電路計算機 -簡介

到了 80 年代,超大規模集成電路 (VLSI) 在晶元上容納了幾十萬個元件,後來的甚大規模集成電路(ULSI) 上將數量擴充到百萬級。可以在硬幣大小的晶元上容納如此數量的元件使得計算機的體積和價格不斷下降,

(圖)大規模集成電路計算機大規模集成電路計算機

而功能和可靠性不斷增強。 70 年代中期,計算機製造商開始將計算機帶給普通消費者,這時的小型機帶有友好界面的軟體包,供非專業人員使用的程序和最受歡迎的字處理和電子表格程序。 1981 年,IBM 推出個人計算機 (PC) 用於家庭、辦公室和學校。 80 年代個人計算機的競爭使得價格不斷下跌,微機的擁有量不斷增加,計算機繼續縮小體積。與 IBM PC 競爭的 Apple Macintosh 系列於 1984 年推出, Macintosh 提供了友好的圖形界面,用戶可以用滑鼠方便地操作。20世紀90年代,電腦向「智能」方向發展,製造出與人腦相似的電腦,可以進行思維、學習、記憶、網路通信等工作。 進入21世紀,電腦更是筆記本化、微型化和專業化,每秒運算速度超過100萬次,不但操作簡易、價格便宜,而且可以代替人們的部分腦力勞動,甚至在某些方面擴展了人的智能。於是,今天的微型電子計算機就被形象地稱做電腦了。

2 大規模集成電路計算機 -歷史

60年代初期,美國的基爾比和諾伊斯發明了集成電路,引發了電路設計革命。隨後,集成電路的集成度以每3-4年提高一個數量級的速度增長。集成電路(Integrated Circuit,簡稱r)是做在晶片上的一個完整的電子電路,

(圖)大規模集成電路計算機大規模集成電路計算機

這個晶片比手指甲還小,卻包含了幾千個晶體管元件。1962年1月,IBM公司採用雙極型集成電路,生產了IBM360系列計算機。一些小型計算機在程序設計技術方面形成了三個獨立的系統:操作系統、編譯系統和應用程序,總稱為軟體。值得一提的是,操作系統中"多道程序"和"分時系統"等概念的提出,結合計算機終端設備的廣泛使用,使得用戶可以在自己的辦公室或家中使用遠程計算機。第三代計算機的特點是體積更小、價格更低、可靠性更高、計算速度更快。

大規模集成電路技術

計算機的邏輯元件和主存儲器都採用了大規模集成電路(LSI)。所謂大規模集成電路是指在單片矽片上集成1000~2000個以上晶體管的集成電路,其集成度比中、小規模的集成電路提高了1~2個以上數量級。這時計算機發展到了微型化、耗電極少、可靠性很高的階段。大規模集成電路使軍事工業、空間技術、原子能技術得到發展,這些領域的蓬勃發展對計算機提出了更高的要求,有力地促進了計算機工業的空前大發展。隨著大規模集成電路技術的迅速發展,計算機除了向巨型機方向發展外,還朝著超小型機和微型機方向飛越前進。1971年末,世界上第一台微處理器和微型計算機在美國舊金山南部的矽谷應運而生,它開創了微型計算機的新時代。此後各種各樣的微處理器和微型計算機如雨後春筍般地研製出來,潮水般地湧向市場,成為當時首屈一指的暢銷品。這種勢頭直至今天仍然方興未艾。特別是IBM-PC系列機誕生以後,幾乎一統世界微型機市場,各種各樣的兼容機也相繼問世。

3 大規模集成電路計算機 -第四代電子計算機

 第四代計算機是指從1970年以後採用大規模集成電路(LSI)和超大規模集成電路(VLSI)為主要電子器件製成的計算機。例如80386微處理器,在面積約為10mm X l0mm的單個晶元上,可以集成大約32萬個晶體管。

(圖)大規模集成電路計算機大規模集成電路計算機

第四代計算機的另一個重要分支是以大規模、超大規模集成電路為基礎發展起來的微處理器和微型計算機。
微型計算機大致經歷了四個階段:
第一階段是1971~1973年,微處理器有4004、4040、8008。 1971年Intel公司研製出MCS4微型計算機(CPU為4040,四位機)。後來又推出以8008為核心的MCS-8型。
第二階段是1973~1977年,微型計算機的發展和改進階段。微處理器有8080、8085、M6800、Z80。初期產品有Intel公司的MCS一80型(CPU為8080,八位機)。後期有TRS-80型(CPU為Z80)和APPLE-II型(CPU為6502),在八十年代初期曾一度風靡世界。
第三階段是1978~1983年,十六位微型計算機的發展階段,微處理器有8086、808880186、80286、M68000、Z8000。微型計算機代表產品是IBM-PC(CPU為8086)。本階段的頂峰產品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC/AT286(1986年)微型計算機。
第四階段便是從1983年開始為32位微型計算機的發展階段。微處理器相繼推出80386、80486。386、486微型計算機是初期產品。 1993年, Intel公司推出了Pentium或稱P5(中文譯名為"奔騰")的微處理器,它具有64位的內部數據通道。現在Pentium III(也有人稱P7)微處理器己成為了主流產品,預計Pentium IV 將在2000年10月推出。
由此可見,微型計算機的性能主要取決於它的核心器件——微處理器(CPU)的性能。

4 大規模集成電路計算機 -超大規模集成電路 IT產業風雲

1970年,美國IBM公司將採用大規模集成電路的大型計算機370系列投放市場。這一舉動

使日本計算機界頓時氣氛異常緊張。
FS(未來系統)作為370系列的下一代產品,將以劃時代的設計思想為指導,採用超大規模
集成電路晶元製作而成。該產品計劃於70年代後半期實現商品化。
提起IBM,不愧為當時世界計算機領域的巨人,它佔有全球計算機市場份額的70%。日本
國內的計算機廠家決不是IBM的對手。
FS一旦出台,日本廠家必將受到難以承受的打擊。為了領先開發出下一代大型計算機用
的超大規模集成電路,1976年3月世界上罕見的官民一體化研發機構——超大規模集成電路
技術研究組合誕生了。該組合由日本通產省和五大半導體計算機企業組成。

(圖)大規模集成電路計算機大規模集成電路計算機

該項目的開發,需投入3000億日元的巨資。業界試圖得到1500億的政府資助,但未能如
願。儘管已故的橋木登美三郎這位自民黨信息產業議員聯盟會長做了多方努力,仍未能改變
政府的決定,最後政府的實際投資僅有300億日元。
國家資助如此之少,使來自各企業的研究人員產生了不滿情緒。同時,一種背水一戰的
悲壯感也油然而生。
富士通公司的福安美一直率地說:"當時,大家都有一種被公司遺棄的感覺,而且並未料

到竟然研製出向IBM挑戰的產品。"
研究組合中這些臨時拼湊的人馬,開始時各行其道,重要事情只與本公司同來的人交談
,甚至出現了在其它公司研究室和本公司研究室之間設置路障的現象。這種互不溝通、互相
戒備的局面,使當時的開發氣氛十分緊張。
研究組合的核心組織——共同研究所所長垂井康夫,對大家進行了積極的引導,他鼓勵
大家可貴的忘我工作精神,並指出所有人員只有齊心協力擰成一股繩,才能改變以往孤軍作
戰、各自為政的開發結構。所長的思想很快為開發人員所接受,從此研究組合的所有成員開
始了歷時4年風雨與共的研究生涯。日丸半導體席捲世界市場在研究組合里,與垂井所長共同制訂事業方向的是:富士通公司的福安一美,日立製作所的大矢雄一郎和岡久雄等技術委員會成員。當時,日本半導體技術處於64M DRAM 的模型製作階段。64M DRAM是日本電信電話公司
的武藏野電氣通信研究所、日立、NEC和富士通共同開發的產品。為了與IBM並肩前進,必須
開發與256K和1M產品相對應基礎的、通用的技術。
技術委員會經過反覆論證,決定以線寬1.5微米的微細加工技術作為開發目標。儘管在
實際開發過程中遇到了種種技術障礙,但由於研究人員的齊心協力都得到了圓滿的解決。
要實現線寬1.5微米,必須對以往在集成電路和大規模集成電路中採用的以紫外線燒制
線路圖的方法進行徹底改變,代之以電子束和X射線。經過4年努力,到1979年超大規模集
成電路的基礎技術已趨向成熟。
以超大規模集成電路技術為基礎生產的"日丸半導體",以迅雷不及掩耳之勢迅速席捲世
界市場。雖然1986年日美間的經濟摩擦已經產生,但未能阻擋日本半導體產品進軍世界市

(圖)大規模集成電路計算機大規模集成電路計算機

場的步伐。這一年,日本終於超過美國,登上了大規模集成電路領域世界市場佔有率之最的寶
座。
前進的道路並不平坦。正當日本半導體產業猶如日中天之時,PC市場的疾速擴大使需求
結構發生了重大變化。1993年,美國依靠微處理器優勢,再一次逆轉了世界市場的份額。
日本方面由於一味地追求微細加工技術,招致了設備投資過大、資本回收惡化的後果。也正是
在這一時期,韓國、台灣等發展中國家和地區也開足了馬力,進軍半導體領域。
被譽為"半導體之神"的東芝現常務顧問川西剛指出,為了確保21世紀世界市場的主導權
必須採取革命性措施提高生產率,解決投入與回收之間存在的問題

發展方向

20世紀90年代,電腦向「智能」方向發展,製造出與人腦相似的電腦,可以進行思維、學習、記憶、網路通信等工作。 進入21世紀,電腦更是筆記本化、微型化和專業化,每秒運算速度超過100萬次,不但操作簡易、價格便宜,而且可以代替人們的部分腦力勞動,甚至在某些方面擴展了人的智能。於是,今天的微型電子計算機就被形象地稱做電腦了。

5 大規模集成電路計算機 -參考資料

 雅虎參考:http://ks.cn.yahoo.com/question/1590000839739.html

 中國行業計算機網站:http://www.cygtzy.cn/index.php/hangye/view/id-1728

 富士通產品:http://www.laogu.com/wz_40590.htm

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