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計算機基礎知識-計算機發展史

來源:      2017/6/30 8:44:34      點擊:

第一台

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衆所周知的第一台計算機是美國軍方定制,專門為了計算彈道和射擊特性表面而研制的,承擔開發任務的“莫爾小組”由四位科學家和工程師埃克特、莫克利、戈爾斯坦、博克斯組成。1946年這台計算機主要元器件采用的是電子管。該機使用了1500
ENIACENIAC
繼電器,18800個電子管,占地170m2,重量重達30多噸,耗電150KW,造價48萬美元。開機時讓周圍居民暫時停電。這台計算機每秒能完成5000次加法運算,400次乘法運算,比當時最快的計算工具快300倍,是繼電器計算機的1000倍、手工計算的20萬倍。用今天的标準看,它是那樣的“笨拙”和“低級”,其功能遠不如一隻掌上可編程計算器,但它使科學家們從複雜的計算中解脫出來,它的誕生标志着人類進入了一個嶄新的信息革命時代。
然而,英國在二戰期間研制的用于破解密電的電子計算機巨人(Colossus)卻要比ENIAC早兩年(1943年12 ),巨人計算機是第一部全然電子化的電腦器件,使用了數量龐大的真空管,以紙帶作為輸入器件,能夠執行各種布林邏輯的運算,但仍未具備圖靈完全的标準。巨人計算機建造到第9部“馬克二号”4,但是其實體器件、設計圖樣和操作方法,直到1970年代都還是一個謎。後來溫斯頓·丘吉爾親自下達一項銷毀命令,将巨人計算機全都拆解成巴掌大小的廢鐵,巨人計算機才因此在許多計算機曆史裡都未留下一紙紀錄。英國布萊切利園目前展有巨人計算機的重建機種。

第一代

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電子管計算機(1946-1957)這一階段計算機的主要特征是采用電子管元件作基本器件,用光屏管或汞延時
電子管計算機電子管計算機
電路作存儲器,輸入與輸出主要采用穿孔卡片或紙帶,體積大、耗電量大、速度慢、存儲容量小、可靠性差、維護困難且價格昂貴。在軟件上,通常使用機器語言或者彙編語言,來編寫應用程序。因此這一時代的計算機主要用于科學計算。[1] 
這時的計算機的基本線路是采用電子管結構,程序從人工手編的機器指令程序,過渡到符号語言,第一代電子計算機是計算工具革命性發展的開始,它所采用的二進位制與程序存貯等基本技術思想,奠定了現代電子計算機技術基礎。以馮·諾依曼為代表。

第二代

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晶體管計算機(1957-1964)20世紀50年代中期,晶體管的出現使計算機生産技術得到了根本性的發展,由晶體管代替電子管作為計算機的基礎器件,用磁芯磁鼓作存儲器,在整體性能上,比第一代計算機有了很大的提高。同時程序語言也相應的出現了,如FortranCobol,Algo160等計算機高級語言。晶體管計算機被用于科學計算的同時,也開始在數據處理、過程控制方面得到應用。[2] 
在20世紀50年代之前第一代,計算機都采用電子管作元件。電子管元件在運行時産生的熱量太多,可靠性較差,運算速度不快,價格昂貴,體積龐大,這些都使計算機發展受到限制。于是,晶體管開始被用來作計算機的元件。晶體管不僅能實現電子管的功能,又具有尺寸小、重量輕、壽命長、效率高、發熱少、功耗低等優點。使用晶體管後,電子線路的結構大大改觀,制造高速電子計算機就更容易實現了。
晶體管計算機晶體管計算機

第三代

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中小規模集成電路計算機(1964-1971)20世紀60年代中期,
中小規模集成電路計算機
中小規模集成電路計算機(2張)
 随着半導體工藝的發展,成功制造了集成電路。中小規模集成電路成為計算機的主要部件,主存儲器也漸漸過渡到半導體存儲器,使計算機的體積更小,大大降低了計算機計算時的功耗,由于減少了焊點接插件,進一步提高了計算機的可靠性。在軟件方面,有了标準化的程序設計語言和人機會話式的Basic語言,其應用領域也進一步擴大。[3] 

第四代

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大規模和超大規模集成電路計算機(1971-2016)随着大規模集成電路的成功制作并用于計算機硬件生産過程,計算機的體積進一步縮小,性能進一步提高。集成更高的大容量半導體存儲器作為内存儲器,發展了并行技術和多機系統,出現了精簡指令集計算機(RISC),軟件系統工程化、理論化,程序設計自動化。微型計算機在社會上的應用範圍進一步擴大,幾乎所有領域都能看到計算機的“身影”。[4] 

第五代

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第五代計算機指具有人工智能的新一代計算機,它具有推理、聯想、判斷、決策、學習等功能。計算機的發展将在什麼時候進入第五代?什麼是第五代計算機?對于這樣的問題,已經有一個明确統一的說法了。
IBM發表聲明稱,該公司已經研制出一款能夠模拟人腦神經元、突觸功能以及其他腦功能的微芯片,從而完成計算功能,這是模拟人腦芯片領域所取得的又一大進展。IBM表示,這款微芯片擅長完成模式識别和物體分類等繁瑣任務,而且功耗還遠低于傳統硬件。
值得注意的是,它并非想要用新的芯片取代原有的計算機芯片。IBM在其網站上介紹,傳統的計算機關注語言和分析思考,而神經突觸核心能夠解決感知和形狀識别的問題,它們分别像人類的左腦和右腦一樣;而IBM接下來想要做的,就是讓“左腦”和“右腦”連接起來合作,形成一種新的“整體計算智能”。從這個說法上來看,傳統的芯片擅長大量的符号運算和數字處理,而神經突觸核心的優勢在于多感官和實時傳感器數據處理。比如,Modha曾經表示,團隊正在開發一種頭戴設備,能夠幫助盲人感知外部環境;而這一次IBM稱,經過實驗測試,這種芯片可以在錄像片段中檢測人、汽車、卡車和公共汽車,并識别出了它們。這其實就是依靠神經突觸核心來完成的。
但有一點可以肯定,在現在的智能社會中,計算機、網絡、通信技術會三位一體化。新世紀的計算機将把人從重複、枯燥的信息處理中解脫出來,從而改變我們的工作、生活和學習方式,給人類和社會拓展了更大的生存和發展空間。當曆史的車輪不斷前行時,我們會面對各種各樣的未來計算機。