高中工程学/计算机时代
实验性计算机于20世纪40年代首次开发，并在20世纪50年代开始具有商业意义。从那时起，它们越来越广泛地参与到几乎所有技术部件中。
计算机的发展对社会的影响与以往任何一项工程进步一样巨大。如今，计算机涉及我们生活的方方面面。它们允许从世界任何地方即时检索信息。它们监控和控制我们使用的几乎所有机械系统的性能，包括汽车、飞机、家用电器；它们还控制大型系统，例如电力生产和配电网络。计算机使手机和互联网成为可能。计算机渗透到艺术家的创作工作中；它提供了以前无法想象的休闲娱乐机会；并且它彻底改变了工程师和科学家开展工作的方式。在本节中，我们将简要回顾计算机和电子行业相互关联的历史。
计算机技术的进步依赖于电子行业的进步；事实上，如今低成本获得的先进计算能力是电子技术改进和进步的直接结果。从20世纪10年代开始，持续到20世纪50年代和60年代，真空管是用于实现无线电、电视和其他无数发明等电子设备的主要技术。但是，真空管有一些缺点——它们体积大，需要大量的功率，并且相对脆弱。
20世纪40年代设计和制造的大多数开创性计算机都是使用真空管构建的。这些早期计算机的性能远不如控制现代微波炉的典型微控制器；这些早期计算机的电路通常占据整个房间。真空管技术不可靠——真空管经常烧坏并需要更换。1951年，雷明顿兰德公司向美国人口普查局交付了第一台Univac I计算机；最终，以每台超过100万美元的价格售出了40多台这样的计算机。图26显示了UNIVAC I。1952年，国际商用机器公司（IBM）推出了IBM 701。在随后的几十年里，这两家公司以及其他公司在设计和销售大型主机计算机方面都获得了可观的利润。（雷明顿兰德最终成为斯佩里兰德，后来成为联合计算机系统公司。）计算机的设计和实现雇用了数千名工程师；其中大多数工程师是电气工程师。IBM凭借其庞大的销售和服务团队，到20世纪50年代后期占据了大约70%的计算机市场份额。他们一直保持着这个地位，直到20世纪70年代，小型机问世并大幅削减了主机计算机的市场份额。
1948年，约翰·巴丁（1908-1991）、沃尔特·布拉顿（1902-1987）和威廉·肖克利（1910-1989），三位贝尔实验室（AT&T的研究实验室）的研究人员发明了晶体管。他们因这项发明于1956年获得诺贝尔奖。晶体管执行与真空管相同的电子功能，但由于它是用硅和金属制造的，并且不需要玻璃管来保持真空，因此它可以比真空管小得多，并且更坚固。使晶体管在商业上可行需要大量的研究和开发；到20世纪60年代初，晶体管已取代了大多数电子设备中的真空管。例如，这使得便携式晶体管收音机成为可能。
晶体管在20世纪50年代后期和60年代初期被广泛用于计算机的设计和制造。晶体管技术使计算机变得更小、更快，并且功耗更低。
另一项对计算机产生重大影响的电子创新是集成电路的发明，它由德州仪器的杰克·基尔比（1923-2005）和仙童半导体的罗伯特·诺伊斯（1927-1990）于1958年独立发明。集成电路将许多晶体管集成到单个硅芯片上。芯片可以廉价且快速地制造，并为计算机设计人员提供了许多好处，包括更快的计算速度、更低的功耗、更小的物理尺寸和更低的生产成本。
集成电路从20世纪60年代中期开始用于计算机设计。它们使得小型机的开发成为可能。第一批小型机由数字设备公司制造。其他小型机制造商包括Data General、Wang Laboratories、Apollo Computer和Prime Computer。与典型的主机计算机相比，小型机体积小（大约相当于一个小桌子的大小）且价格便宜（售价数万美元）。图27显示了PDP-12小型机。小型机使小型公司和大学研究实验室能够使用计算机。
最后，微处理器的发明使得新一代个人计算机成为可能。微处理器于1971年在德州仪器和英特尔分别独立发明。微处理器是集成到单个芯片上的整个计算机处理器。图28显示了1976年生产的Zilog Z80微处理器。微处理器使计算机的制造成本足够低廉，业余爱好者也能负担得起自己组装计算机。在20世纪70年代中期，几家公司成立，为业余爱好者提供计算机和计算机套件。苹果电脑公司就是其中之一；其联合创始人史蒂夫·乔布斯（1955-）很快意识到计算机可以被比业余爱好者更大的市场使用，并极大地扩大了低端计算机的市场。图29显示了Apple II，这款计算机使苹果成为计算机市场的参与者。1981年，IBM凭借IBM个人电脑（IBM PC）进入市场，并通过向企业和政府用户营销迅速成为主要的个人电脑制造商；IBM PC还在一家名为微软的小型新公司的建立中发挥了至关重要的作用。
自从集成电路发明以来，电子产品的性能基本上每18个月到两年翻一番。这种现象被称为摩尔定律，以英特尔联合创始人之一戈登·摩尔（1929-）的名字命名。这导致了计算机迅速发展成为当今功能强大的台式机和笔记本电脑。工程师在这个演变过程中发挥了关键作用。
计算机的发展极大地影响了工程领域，就像它影响了现代生活的大部分一样。工程师现在在其工作的各个阶段都使用计算机，尤其是在设计和分析方面。计算机辅助设计（CAD）软件用于创建设计，然后可以使用计算机控制的机械进行制造。电气工程师使用CAD工具设计新的计算机和其他电路；该软件允许工程师管理设计包含超过10亿个晶体管的电路的复杂性。计算机还用于分析设计。例如，电气工程师使用计算机仿真器来验证电路设计是否能够正常工作。机械和土木工程师使用计算机分析工具来计算应力和结构，以确保结构不会失效。
使用计算机设计和构建更强大的计算机创造了一个正反馈循环。这个反馈循环加速了计算机技术的发展。
在许多情况下，新的计算机架构和技术是由小型新成立的公司发明的，一旦它们开始销售产品，这些公司就会迅速发展壮大。计算机行业的发展表明颠覆性技术反复出现。颠覆性技术通常引入尚未由现有技术服务的新的市场。在这个新市场中，技术不断改进，直到它优于原始技术。然后，改进的技术开始取代原始技术和原始市场。在计算机领域，个人计算机就是颠覆性技术的例子。它最初是为了业余爱好者和家庭用户而引入的，最初并没有与更大的主机和小型机竞争。然而，随着个人计算机技术的改进和成熟，它几乎完全取代了小型机，并且开始取代许多应用中的主机计算机。
计算机的出现对排版和印刷过程都产生了深远的影响。在印刷过程中，计算机已开始取代以前用于创建印刷版的照相方法。最初，计算机会输出到胶片打印机；然后使用胶片创建印刷版。但是，现在使用直接制版技术，计算机直接创建印刷版。
计算机对排版的各个方面产生了更大的影响。文字处理软件和桌面出版软件的出现使大多数计算机用户能够创建具有许多排版文档特征的文档。早期的文字处理软件允许计算机创建与打字机输出质量相同的文档：所有字符都具有相同的宽度，并且只有一种字体可用。（文字处理软件确实允许在打印文档之前编辑内容，这比打字机有了很大的进步。）文字处理软件的复杂性迅速提高，并实现了诸如可变宽度字体、所见即所得（WYSIWYG）以及打印到更高分辨率的输出设备（如激光打印机和喷墨打印机）等功能。这些功能使用户能够创建看起来非常类似于专业排版的文档；但是，专业排版文本的许多功能是文字处理软件无法复制的。不幸的是，这些程序固有的局限性实际上降低了当今印刷的大部分材料的排版质量；计算机程序进行排版的性能才刚刚开始接近专家排版员所能达到的质量。
1903年莱特兄弟首次进行动力飞机飞行，开启了一系列工程和技术创新，最终成就了当今的现代商用和军用飞机。在此过程中，取得了重大进展，包括：
- 可靠而强大的发动机的开发。最初，这些发动机是汽油动力活塞发动机；20世纪40年代，喷气发动机得到开发，并不断改进，最终形成了当今高效的涡扇发动机。
- 新型结构材料的开发。最初，飞机由木材和织物制成；轻质高强度金属合金的开发，以及近年来新型复合材料的开发，使飞机能够变得更大，运载更大的有效载荷，并更有效地使用燃料。
- 电子仪器和执行器的开发。仪器使飞机能够在几乎任何天气条件下导航；如今的现代客机配备了自动驾驶仪，可以控制飞机并自动导航到指定目的地。
- 民用航空基础设施的开发。机场及其航站楼，可以快速有效地进行飞机登机和行李处理，使商业客运航空成为可能。
现代喷气客机的设计和实施是一项巨大的工程任务，涉及全球范围内的数千名工程师进行设计和实施工作。为了说明航空航天工业中的现代工程实践，我们将考虑波音777的设计。
1995年6月7日，第一架载有付费乘客的波音777从伦敦希思罗机场起飞。这一里程碑是六年多时间里以及数十亿美元用于开发和设计新飞机的努力的结晶。图30展示了一架波音777降落的情景。
波音777的开发始于20世纪80年代中期。当时，波音的客户（主要的航空公司，如联合航空、美国航空、达美航空、英国航空等）表示，他们的一些需求没有得到当时波音飞机的满足。波音考虑修改767的设计，但到1989年，显然这无法满足客户的需求。因此，他们开始开发一架新飞机——777。
777是迄今为止设计最复杂的飞机之一。它拥有超过13万个不同的部件，这些部件由遍布全球数百家公司制造。777的设计在许多方面都开创了先河：从一开始就包含了大量的客户参与，使用了设计建造团队，广泛使用了CAD软件，并实现了波音首个商用飞机的电传操纵系统。
波音从一开始就将潜在客户纳入其设计流程。主要航空公司的代表在设计流程的早期为波音提供了需求。这些航空公司的代表也担任波音的设计建造团队成员。
波音为777开发了设计建造团队的概念。在777之前的客机设计工作中，工程师设计部件；然后将他们的设计传递给制造部门，由他们负责实施设计。这通常效率低下，因为设计工程师在设计中没有考虑制造约束。设计建造团队包括设计工程师和制造工程师，以便在设计阶段解决制造问题。设计建造团队还包括主要航空公司的成员；例如，航空公司代表可以提供其维护实践的信息，以确保飞机能够得到维护和修理。设计建造团队还包括来自分包公司的成员，他们确保波音设计工程师与制造777许多部件的小型公司之间进行清晰的沟通。
777设计流程的另一个方面是使用复杂的CAD工具。在777之前，飞机设计完成后，会用“模型”进行验证。模型是一个物理原型，其目的是确保所有部件都正确地安装在一起。因此，例如，线束和液压管路安装到模型上，然后在组装第一架飞机时必须再次调整。
另一方面，在777的设计过程中，使用了复杂的CAD系统；该系统的使用消除了大多数模型的需求，并且第一架组装的777飞机实际上可以飞行。该系统包括两个组件。第一个是计算机图形辅助三维接口应用程序（CATIA），用于设计每个部件。第二个是计算机电子预装配（EPIC），用于确保每个设计的部件都与飞机中的所有其他部件正确配合；例如，软件会发现某个特定的结构部件会在哪里与液压管路发生干涉。CAD系统允许工程师跨设计建造团队相互沟通设计，以确保在开发过程中设计相互兼容。
计算机技术不仅对777的设计至关重要，而且对777的控制系统（基于计算机）也至关重要。在之前的波音客机设计中，飞行员的控制装置通过电缆连接到液压执行器，液压执行器导致控制面移动。相比之下，在777设计中，飞行员的控制动作输入到计算机系统，该系统确定要通过电线发送到执行器的电信号。这种电传操纵系统节省了大量的成本和重量，但需要复杂可靠的计算机系统来响应飞行员的输入控制飞机。电传操纵系统允许777仅由两名机组人员（一名机长和一名副驾驶）驾驶；如果没有该系统，则需要更多的机组人员。图31展示了波音777的驾驶舱。开发777的电传操纵系统需要编写和调试数百万行计算机代码。
777的开发是另一个例子，说明先进的计算机技术如何彻底改变了工程师的工作方式。使用CAD来捕捉设计并模拟结构和机械特性，大大缩短了设计项目所需的时间和成本。此外，使用计算机网络来沟通设计信息，使得位于不同国家的工程师能够协同同一个项目。
此材料改编自可在此处找到的原始CK-12书籍。此作品根据知识共享署名-相同方式共享3.0美国许可发布