記憶體, 硬碟, CPU是拿什麼材料製作的? 電子管, 晶體管與電腦硬體的發展史.

0.引子

從<<深入理解電腦系統>>一書上看到: CPU內寄存器讀取速度比記憶體速度快100倍, 硬碟讀取時間開銷是記憶體的1000萬倍.

從寄存器(也就是L0)->L1快取->L2快取->記憶體->硬碟->分布式硬碟, 造價逐漸低, 速度逐漸減慢, 容量逐漸增大; 反之則造價逐漸昂貴, 速度逐漸提高, 容量則逐漸減少.
看了這組資料，不禁想知道記憶體，cpu，硬碟的製造材料都是什嗎？是什麼造就了這麼大的速度差別？

 

1.記憶體

記憶體顆料的原材料是:矽, 矽提煉製成成晶圓再而進行切割.

2.硬碟（港台稱之為硬碟，英文名：Hard Disc Drive 簡稱HDD 全名 溫徹斯特式硬碟）

是電腦主要的儲存媒介之一，由一個或者多個鋁製或者玻璃制的碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數硬碟都是固定硬碟，被永久性地密封固定在硬碟中。

早期硬碟的碟片都是使用塑料材料作為碟片基質，然後再在塑料基質上塗上磁性材料就可構成硬碟的碟片。採用鋁材料作為硬碟碟片基質隨後推出，目前市場上的IDE硬碟幾乎都是使用鋁硬碟碟片基質。而採用玻璃材料作為碟片基質則是最新的硬碟碟片技術，玻璃材料能使硬碟具有平滑性及更高的堅固性，此外玻璃材料在硬碟高轉速時具有更高的穩定性。IBM公司是採用玻璃材料作為硬碟碟片基質的先鋒，富士通筆記本硬碟也有相應的玻璃材料產品.

 

3.CPU

多數人都知道，現代的CPU是使用矽材料製成的。矽是一種非金屬元素，從化學的角度來看，由於它處於元素周期表中金屬元素區與非金屬元素區的交界處，所以具有半導體的性質，適合於製造各種微小的晶體管，是目前最適宜於製造現代大規模整合電路的材料之一。從某種意義上說，沙灘上的沙子的主要成分也是矽（二氧化矽），而生產CPU所使用的矽材料，實際上就是從沙子裡面提取出來的。當然，CPU的製造過程中還要使用到一些其它的材料，這也就是為什麼我們不會看到Intel或者AMD只是把成噸的沙子拉往他們的製造廠。同時，製造CPU對矽材料的純度要求極高，雖然來源於廉價的沙子，但是由於材料提純工藝的複雜，我們還是無法將一百克高純矽和一噸沙子的價格相提並論。

製造CPU的另一種基本材料是金屬。金屬被用於製造CPU內部串連各個元件的電路。鋁是常用的金屬材料之一，因為它廉價，而且效能不差。而現今主流的CPU大都使用了銅來代替鋁，因為鋁的電遷移性太大，已經無法滿足當前飛速發展的CPU製造工藝的需要。所謂電遷移，是指金屬的個別原子在特定條件下（例如高電壓）從原有的地方遷出。

很顯然，如果不斷有原子從串連元件的金屬微電路上遷出，電路很快就會變得千瘡百孔，直到斷路。這也就是為什麼超頻者嘗試對Northwood Pentium 4的電壓進行大幅度提升時，這塊悲命的CPU經常在“突發性Northwood死亡綜合症（Sudden Northwood Death Syndrome，SNDS）”中休克甚至犧牲的原因。SNDS使得Intel第一次將銅互連（Copper Interconnect）技術應用到CPU的生產工藝中。銅互連技術能夠明顯的減少電遷移現象，同時還能比鋁工藝製造的電路更小，這也是在納米級製造工藝中不可忽視的一個問題。

不僅僅如此，銅比鋁的電阻還要小得多。種種優勢讓銅互連工藝迅速取代了鋁的位置，成為CPU製造的主流之選。除了矽和一定的金屬材料之外，還有很多複雜的化學材料也參加了CPU的製造工作。

 

4.晶體管
晶體管（transistor）是一種固體半導體器件，可以用於檢波、整流、放大、開關、穩壓、訊號調製和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關，基於輸入的電壓，控制流程出的電流，因此晶體管可做為電流的開關，和一般機械開關（如Relay、switch）不同處在於晶體管是利用電訊號來控制，而且開關速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達100GHz以上。

5.電子管

是一種最早期的電訊號放大器件。被封閉在玻璃容器（一般為玻璃管）中的陰極電子發射部分、控制柵極、加速柵極、陽極（屏極）引線被焊在管坐上。利用電場對真空中的控制柵極注入電子調製訊號，並在陽極獲得對訊號放大或反饋振蕩後的不同參數訊號資料。早期應用於電視機、收音機擴音機等電子產品中，近年來逐漸被半導體材料製作的放大器和整合電路取代，但目前在一些高保真的音響器材中，仍然使用低雜訊、穩定係數高的電子管作為音頻功率放大器件（香港人稱使用電子管功率放大器為“煲膽”）。

二極體、三極體是按功能來分類，
而電子管、晶體管則按材料跟結構來分類。

有電子二極體、電子三極體，也有晶體二極體，晶體三極體。

電子管指的是真空電子管，比較古老的一種器件。
電子二極體的基本工作原理：由燈絲加熱陰極，陰極上塗有活性材料，被加熱時就會
發射出大量電子（這樣通過加熱來發射的電子的，叫做熱激發。陰極射線管（CRT）
有有類似的結構，發射的電子通過電場加速後轟擊熒光屏，就可以發光了

 

6.電腦發展史
電子管->晶體管->整合電路->大規模整合電路.

一、第一代(1946~1958)：電子管數字電腦
電腦的邏輯元件採用電子管，主儲存空間採用汞延遲線、磁鼓、磁芯；外儲存空間採用磁帶；軟主要採用機器語言、組合語言；應用以科學計算為主。其特點是體積大、耗電大、可靠性差、價格昂貴、維修複雜，但它奠定了以後電腦技術的基礎。

二、第二代(1958~1964)：晶體管數字電腦
晶體管的發明推動了電腦的發展，邏輯元件採用了晶體管以後，電腦的體積大大縮小，耗電減少，可靠性提高，效能比第一代電腦有很大的提高。

主儲存空間採用磁芯，外儲存空間已開始使用更先進的磁碟；軟體有了很大發展，出現了各種各樣的進階語言及其編譯器，還出現了以批處理為主的作業系統，應用以科學計算和各種交易處理為主，並開始用於工業控制。

三、第三代(1964~1971)：整合電路數字電腦
20世紀60年代，電腦的邏輯元件採用小、中規模整合電路(SSI、MSI)，電腦的體積更小型化、耗電量更少、可靠性更高，效能比第十代電腦又有了很大的提高，這時，小型機也蓬勃發展起來，應用領域日益擴大。
主儲存空間仍採用磁芯，軟體逐漸完善，分時作業系統、會話式語言等多種進階語言都有新的發展。

四、第四代(1971年以後)：大規模整合電路數字電腦
電腦的邏輯元件和主儲存空間都採用了大規模整合電路(LSI)。所謂大規模整合電路是指在單片矽片上整合1000~2000個以上晶體管的整合電路，其整合度比中、小規模的整合電路提高了1~2個以上數量級。這時電腦發展到了微型化、耗電極少、可靠性很高的階段。大規模整合電路使軍事工業、空間技術、原子能技術得到發展，這些領域的蓬勃發展對電腦提出了更高的要求，有力地促進了電腦工業的空前大發展。隨著大規模整合電路技術的迅速發展，電腦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電腦在美國舊金山南部的矽谷應運而生，它開創了微電腦的新時代。此後各種各樣的微處理器和微電腦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，各種各樣的相容機也相繼問世。

記憶體
http://baike.baidu.com/view/1082.htm

硬碟
http://baike.baidu.com/view/4480.htm?fr=ala0_1_1
cpu
http://baike.baidu.com/view/2089.htm
電子管
http://baike.baidu.com/view/50088.htm
請問電子管和二極體,晶體管和三極體是什麼關係?
http://www.dzsc.com/dzbbs/20060520/20076518538406972.html
電腦發展史
http://baike.baidu.com/view/22636.htm
整合電路
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%86%E6%88%90%E7%94%B5%E8%B7%AF
http://baike.baidu.com/view/1355.htm