概述：
提到的设备：继电器->真空管->晶体管

  • 20世纪的发展要求更强的计算能力，柜子大小的计算机发展到房间大小
  • 哈佛Mark 1号，IBM 1944年做的
  • 继电器，继电器一秒最多50次开关
  • 继电器bug
  • 1904年，热电子管出现，第一个真空管，改进后变成和继电器的功能一样
  • “巨人1号”计算机在英国布莱切特圆首次大规模使用真空管，但编程麻烦，还要配置
  • 1946年，宾夕法尼亚大学的ENIAC是第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。
  • 硅谷的典故：很多晶体管和半导体的开发在硅谷做的，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

上集讲到20世纪初，当时早期，特定用途的计算设备，比如制表机，大大推动了政府和企业。
它帮助，甚至有时候替代了人工，然而人类社会的规模，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，一战动员七千万人，二战1亿多人，全球贸易和运输更加紧密。
工程和科学的复杂度也达到了新高，我们设置开始考虑登陆其他行星。复杂度的增高导致数据量暴增（and it was this explosion of complexity, bureaucray, and ultimately data），人们需要更多自动化和更强的计算能力（that drove an increasing need for automation and computation）
很快，柜子大小的计算机发展到房间大小，维护费用高，而且还用容易出错。而正是这些机器，为未来的创新打下基础。
最大的电子计算机（electro-mechanical computers）之一是哈佛马克一号 （Harvard Mark I），IBM在1944年完成建造，给二战同盟国建造的。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”跑模拟，这台机器的大脑是“继电器”，（The brains of these huge electro-mechanical beasts were relays）继电器是：用电控制的机械开关。
继电器里有根“控制线路”，控制电路是开是关。“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。你可以把继电器想成水龙头，把控制线路想成水龙头把，打开水龙头，水会流出，关闭水龙头，水就没有了。
继电器是一样的，只不过控制的是电子，而不是水。这个控制电路可以连接到其他电路，比如马达，马达让计数齿轮+1，就像上集中Hollerith的制表机一样，不幸的是，继电器内的机械臂有质量，因此无法快速开关，1940年代一个好的继电器1秒钟能翻转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。
哈佛马克一号，1秒钟可以做3次加法或减法运算，一次乘法花6秒钟，除法花15秒，更复杂的操作，比如三角函数，可能要一分钟以上。
除了速度慢，另一个限制是齿轮磨损（In addition to slow-switching speed, another limitation was wear and tear），任何会动的机械都会随时间磨损，有些部件会完全损坏，有些则是变黏，变慢，变得不可靠。并且随着继电器数量的增加，故障概率也会增加。哈佛马克一号有大约3500个继电器，哪怕假设继电器的使用寿命是10年，也意味着平均每天都得换一个故障继电器（为啥呢？）这个问题很严重，因为有些重要运算需要运行好几天。而且还有更多其他问题需要考虑。
这些巨大、黑色、温暖的机器也会吸引昆虫，1947年9月，哈佛马克2型的操作员从故障继电器中，拔出一只死虫。Grace Hopper曾说：“从那时起，每当电脑出了问题，我们都说它出了bug（虫子）”（From then on, when anything went wrong with a computer, we said it had bugs in it.），这就是术语bug的来源。
显然，如果想进一步提高计算能力，我们就需要更快更可靠的东西，来替代继电器。幸运的是替代品已经存在了。
在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“电子管“（a thermionic value）。
把两个电极装在一个气密的玻璃灯泡里，这是世上第一个真空管，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。（The other electrode could then attract these electrons to create the flow of our electric faucet），但只有带正电才行（but only if it was positively charged）。
如果带负电荷或者中心电荷，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做“二极管”。但是我们需要的是一个可以开关电流的东西。幸运的是，不久之后1906年，美国发明家“李.德弗雷克斯”（Lee de Forest）在“弗莱明”设计德两个电极之间，加入第三个“控制”电极，向“控制”电极施加正电荷，它会允许电子流动，但是如果施加负电荷，他会阻止电子流动，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，这意味着更少的磨损，更重要的是，每秒可以开闭千次，因此这些“三极真空管”（Triode vacuum tubes）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。我在这里应该提及，真空管并不是完美的，它们有点脆弱，并且像灯泡一样会烧坏，但是比起机械继电器是一次巨大的进步。起初真空管非常昂贵，收音机一般只用一个，但计算机可能要用上百甚至上千个电气开关（electrical switches）,但是到了1940年代，它的成本和可靠性得到改进，可以用在计算机里。至少有钱人负担得起，比如政府。这标志着计算机从机械转为电子（shift from electro-mechanical computing to electronic computing）。
第一个大规模使用真空管的计算机是“巨人1号”（Colossus MK1）,由工程师Tommy Flowers设计，完工于1943年12月。
巨人1号在英国的“布莱切利圆”，用于破解纳粹通信，听起来可能有点熟悉，因为两年前阿兰图灵，他经常被称为“计算机科学之父”，图灵在布拉切特圆做了台机电装置（electro mechanical device），叫做“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严格来说不算是计算机，我们之后会讨论Alan Turing的贡献。
总之，巨人1号有1600个真空管，总共造了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”，但是需要配置它，（so while “programmable”, it still had to be configured to perform a specific computation）。
电子数值积分计算机“ENIAC”，（The Electronic Numerical Integrator and Calculator ）
几年之后，在1946年，在“宾夕法尼亚大学“完成建造。设计者是John Mauchly和 J. Presper Eckert ，这是世上第一个真正的通用，可编程，电子计算机。ENIAC每秒可执行5000次十位数加减法，比前辈之前的任何机器快了很多倍。它运行了十年，据估计，它完成的运算，比全人类加起来还多（and is estimated to have done more arithmetic than entire human race up to that point），因为真空管很多，所以故障很常见，ENIAC运行半天左右就会出一次故障。
到1950年代，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。之后的视频还会提到。为了降低成本和大小，同时提高可靠性和速度，我们需要一种新的电子开关。
1947年，贝尔实验室科学家John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley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，牵扯到量子力学（quantum mechanics），所以我们只讲基础。
晶体管就像之前提过的“继电器”和“真空管”，它是一个开关，可以用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它们，这种材料有时导电，有时候不导电，这叫做“半导体（semiconductor）”。控制线连到一个“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，来允许或不允许电流流动。就像之前的水龙头比喻。贝尔实验室的第一个晶体管就展示了巨大的潜力，每秒可以开关1万次，而且，比起玻璃制成的很容易碎真空管，晶体管是固态的，晶体管可以远远小于继电器或者真空管，导致更小更便宜的计算机，比如1957年发布的IBM608。第一个完全用晶体管，而且消费者也可以买到的计算机。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了办公室，最终引入到家庭。如今，计算机里的晶体管小于50纳米，而一张纸（a sheet of paper）的厚度大概是10万纳米，晶体管不仅小，还超级快，每秒可以切换上百万次，并且可以工作几十年。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”（silicon），所以这个地区被称为“硅谷”（Silicon Valley）。甚至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”（Fairchild Semiconductors）, 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。
好了，我们从“继电器”到“真空管”，再到“晶体管” relays -> vacuum tubes -> transistors
我们可以让电路开闭得非常非常快，但是我们如何使用晶体管做计算的？尤其是我们在没有马达和齿轮呢，会在后续的教程中讲到。 https://www.bilibili.com/video/BV1EW411u7th?p=2&vd_source=ccb6862d6e2cae82116a0b81a0aa468c