计算机发展过程与应用基础

1642年法国数学家布莱士·帕斯卡发明了世界上第一台手摇式机械式计算机,利用齿轮传动原理制成,能做加减法。

1889年,美国科学家赫尔曼·何乐礼研制出以电力为基础的电动制表机,用以储存计算资料。

1930年,美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台模拟电子计算机。

1933年,美国数学家德里克·莱默造出一台电气计算机用来分解1～1000万之间的所有自然数为素数因子。

1946年2月14日,由美国军方定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”(Electronic Numerical Integrator and Calculator,ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC(中文名为埃尼阿克)是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的,这台计算器使用了17 840支电子管,占地面积约150平方米,重达28 000千克,功耗为170千瓦,其运算速度为每秒5000次的加法运算,造价约为487 000美元。ENIAC的问世具有划时代的意义,表明电子计算机时代的到来。在以后60多年里,计算机技术以惊人的速度发展,没有任何一门技术的性能价格比能在30年内增长6个数量级。

1.第1代:电子管数字机(1946—1958年)

硬件方面,第1代计算机的逻辑元件采用的是真空电子管,主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯;外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。

第1代计算机的特点是体积大、功耗高、可靠性差,速度慢(一般为每秒数千次至数万次)、价格昂贵,但为以后的计算机发展奠定了基础。

2.第2代:晶体管数字机(1958—1964年)

第2代计算机硬件方面有操作系统、高级语言及其编译程序。应用领域以科学计算和事务处理为主,并开始进入工业控制领域。

第2代计算机的特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高(一般为每秒数十万次,可高达300万次)、性能比第1代计算机有很大的提高。(www.xing528.com)

3.第3代:集成电路数字机(1964—1970年)

在硬件方面,第3代计算机的逻辑元件采用中、小规模集成电路(MSI、SSI),主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。

第3代计算机的特点是速度更快(一般为每秒数百万次至数千万次),而且可靠性有了显著提高,价格进一步下降,产品实现了通用化、系列化和标准化等,应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。

4.第4代:大规模集成电路机(1970年-)

在硬件方面,第4代计算机的逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路(LSI和VLSI);软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。其特点是1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生,开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。

由于集成技术的发展,半导体芯片的集成度更高,每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管,并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上,从而出现了微处理器。并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机,就是我们常说的微电脑或PC机。微型计算机体积小,价格便宜,使用方便,但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。另一方面,利用大规模、超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片,已经制成了体积并不很大,但运算速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。

随着物理元器件的变化,不仅计算机主机经历了更新换代,它的外部设备也在不断变革。比如外存储器,由最初的阴极射线显示管发展到磁芯、磁鼓,以后又发展为通用的磁盘,现又出现了体积更小、容量更大、速度更快的只读光盘(CD-ROM)。

5.第5代:智能计算机(未来)

1981年,在日本东京召开了第五代计算机研讨会,随后制订研制第五代计算机的长期计划。智能计算机主要特征是具备人工智能,能像人一样思考,并且运算速度极快,其硬件系统支持高度并行和推理,其软件系统能够处理知识信息。神经网络计算机(也称神经元计算机)是智能计算机的重要代表。但第五代计算机目前仍处在探索、研制阶段。真正实现后,将有无量的发展前途。