登陆注册
47331400000001

第1章 电脑——本世纪的奇迹(1)

计算机又名“电脑”

世界上第一台电子计算机诞生于1945年。它的出现标志着计算工具随着科学技术的飞跃发展和世界文明的进步而跃入一个崭新的历史阶段。但你是否知道,人类从最初的计数工具发展到现代电子计算机却经过了漫长的道路。

第一台电子计算机(ENIAC)

在很久很久以前,人类祖先找到了最原始的计数工具——自身的双手,用手指来计数。这种极为古老的计数方法时至今日仍启蒙着幼儿们关于“数”的概念。为了能表达比10个手指头更多的数目,古代人又想出了另外的计算工具——石子、木棒、贝壳、绳结等。利用这些简单的自然界产物不但可以计算部落的财产、人数、猎物等,而且还能保存统计的结果,这就是现代计算机原理中存贮思想的最初萌芽。

算盘

一千多年前,中国开始使用世界上最古老、流传最广的计算工具——算盘。而古代的算盘则是用圆石子、小木棒或金属块等排放在不同的位置上来表示不同的数值,并据此进行各种各样的计算。那时已经有了进位的数制概念。在以后漫长的历史中,算盘不断完善,能方便地进行加、减、乘、除四则运算。今天,我国和许多国家仍在使用算盘。现代算盘中的一颗颗算珠似乎还遗留着石子计数的痕迹。

早在17世纪,欧洲一批数学家就已开始设计和制造以数字形式进行基本运算的数字计算机。1642年,19岁的法国数学家B·帕斯卡采用与钟表类似的齿轮传动装置,制成了世界上最早的十进制加法器。这种加法器由多个圆轮组成,每个圆轮代表一位数,每个轮面分为10个相等部分,刻有0~9十个数字,作加法时,转动圆轮,当转到0处时,便自动将高位圆轮带进一格。

显然,这种加法器用纯粹机械运动代替人们的思考和记录,表示人类开始向自动计算工具迈进。

1673年,德国数学家G·W·莱布尼兹制成了能进行十进制的乘、除运算的计算机。英国数学家C·巴贝奇于1833年设计了一种程序控制的通用分析机——差分分析机。他天才地提出了计算工具至少必须具备5个基本部分,即“输入部分”——输入需要处理的问题和相关的数据;“存贮部分”——用以存放必需的数据和相关的信息,以便机器使用;“运算部分”——能进行加、减、乘、除等多种运算;“控制部分”——指挥和控制机器按规定的步骤工作;“输出部分”——输出问题处理后的结果。这台分析机虽然已经描绘出现代计算机应具备的几个基本部分,但遗憾的是他的这种创造性设计超越了当时的工具生产能力和技术水平,虽然他为此奋斗了37年,仍未能如愿。

巴贝奇的设想提出以后的100多年期间,电磁学、电工学、电子学不断取得了重大进展。在电子元利、器件方面,相继发明了真空二极管和真空三早期的电子管极管。在系统技术方面,接连发明了无线电报、电视和雷达。所有这些成就为现代计算机的发展准备了技术和物质条件。与此同时,数学、物理也相应的蓬勃发展,研究出了各种数值积分,数值微分,以及微分方程的数值解法,把计算过程归结为巨量的基本运算,从而奠定了现代计算机的数值算法基础。

第一只晶体管

20世纪以后,各个科学领域和技术部门的计算问题堆积如山,已经明显阻碍了学科的继续发展。特别是第二次世界大战爆发前后,军事科学技术对大型、高速计算工具的需要尤为迫切。在此期间,德国、美国、英国都在进行计算机的开拓性工作,几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。

德国K·朱赛最先采用电气元件制造计算机。他于1941年制成的全自动继电器计算机Z—3,已具备浮点记数、二进制运算、数字存贮地址的指令形式等现代计算机的特征。在美国,1940~1947年期间也相继制成了继电器计算机MARK—1、MARK—2、ModelI、ModelV等。不过,继电器的开关速度大约为百分之一秒,致使计算机的运算速度受到很大限制。

电子计算机的开拓过程,经历了从制作部件到整机、从专用机到通用机、从“外加式程序”到“存贮程序式”的演变。

1938年,美籍保加利亚学者J·阿塔纳索夫首先制成了电子计算机的运算部件。

1943年,英国外交部通信处制成了“巨人”电子计算机。这是一种专用的密码分析机,在第二次世界大战中起了重要作用。

1946年2月,美国宾夕法尼亚大学物理学家J·莫克利和J·P·埃克特制成了能进行各种科学计算的通用计算机——大型电子数字积分计算机(ENIAC)。这台完全采用电子线路执行算术运算、逻辑运算和信息存贮的计算机,其运算速度比继电器计算机快1000倍。这就是人们常说的世界上第一台电子计算机。这台计算机从1946年2月交付使用到1955年10月最后切断电源,服役达9年。它每秒可进行5000次加法或减法运算,使用了18800个电子管,占地170平方米,重达30吨,耗电150瓦,价格40万美元,真可谓“庞然大物”。

ENIAC机在计算题目时,先要根据题目计算步骤预先编好一条条指令——指示计算机工作的命令,再按指令连接好外部线路,然后自动进行计算并输出结果。当计算另一题目时,必须重新进行上述工作。所以,当时只有少数专家才能使用。尽管如此,它却使过去借助台式计算机需7~20小时才能计算一条发射弹道的工作量缩短到30秒,使科学工作者从奴隶般的计算工作中解放出来。

至今人们仍然公认,ENIAC机的问世表明了电子数字计算机时代的到来,具有划时代的伟大意义。但是,这种计算机的程序仍然是外加式的,存贮容量也不够大,尚未完全具备现代计算机的主要特征。

又一次的重大突破是由数学家冯·诺伊曼领导的设计小组完成的。1945年3月,该小组发表了一个全新的存储程序式通用计算机方案——“电子离散变量自动计算机”(EDVAC)。随后于1946年6月,诺伊曼等人提出了更为完善的设计报告——《电子计算机装置逻辑结构初探》。

同年7~8月,他们又在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院为美国和英国二十多个机构的专家讲授了专门课程《电子计算机设计的理论和技术》,极大地推动了存贮程序式计算机的设计与制造。

1949年,英国剑桥大学数学实验室率先制成电子离散时序自动计算机(EDSAC);美国则于1950年制成了东部标准自动计算机(SFAC)等。

至此,电子计算机的萌芽时期遂告结束,开始了现代计算机的发展时期。

在这之后的短短30几年,计算机器件从电子管到晶体管,再从分离元件到集成电路以至微处理器,计算机技术发展异常迅速,至今已经历了四代的变迁。

第一代是电子管计算机(1946~1959年),其基本电子元件是电子管,主存贮器(计算机主机内的存贮器,也简称内存)采用水银延迟线、阴极射线示波管等,外存贮器(计算机主机外的存贮器,也称外存或辅存)有纸带、卡片、磁鼓、磁带等。运算速度为每秒几千次至几万次基本运算,内存容量仅几千字,计算机程序设计语言还处于最低阶段,主要用二进制代码表示的机器语言或少量的汇编语言编程,程序设计的工作繁琐、易出错,出错后又不易修改。因此,第一代电子计算机体积庞大,造价很高,其应用主要局限在科学计算、军事技术研究等狭小天地里。

第二代是晶体管电子计算机(1959~1964年),其基本元件是晶体管,主存贮器大量使用磁性材料制成的磁芯存贮器。磁带,特别是磁盘成了不可缺少的外存贮器,外设的种类增加。计算机的运算速度从每秒几万次提高到几十万次,内存容量扩大到几十万字。与此同时,计算机软件有了较大发展,用于科学计算的高级程序设计语言FOR-TRAN、ALGOL,用于事务处理的COBOL语言和用于符号处理的LISP语言开始进入实用阶段,操作系统初步成型,使计算机的使用方式由手工操作改变为自动作业管理。

与第一代计算机相比,晶体管电子计算机体积小,成本低,逻辑功能强,可靠性大大提高。它的应用从科学计算和军事技术研究扩大到工业过程控制、数据处理等领域,开始进入商业市场。

第三代是集成电路电子计算机(1964~1970年),随着固体技术的发展,集成电路工艺技术已可以在几平方毫米的单晶硅片上集中由十几个甚至上百个电子元器件组成的逻辑电路。用这些称为小规模集成电路和中规模集成电路的器件作为计算机的主要逻辑器件是第三代电子计算机的主要标志。

第三代计算机的运算速度进一步提高,每秒可达几十万次到几百万次,磁芯存贮器进一步发展,体积缩小,价格降低,计算机软件逐渐完善,高级语言种类进一步增加,操作系统已具备批量处理、实时处理和分时处理等多种功能。数据库管理系统、通信处理程序、网络软件等也不断添加到软件子系统中。

这一时期,计算机同时向多样化、系列化发展,计算机的性能和可靠性有了极大提高,被广泛用于工业控制、商业、企业、管理等众多学科领域。

第四代计算机又称为大规模集成电路电子计算机。70年代以来,计算机的逻辑器件采用大规模集成电路(LSI)或超大规模集成电路(VLSI)技术,在硅半导体芯片上集成了1000个~100000个电子元器件。

集成度极高的半导体存贮器替代了服役长达20年之久的磁芯存贮器。计算机的速度可达几百万次至亿次,而巨型计算机运算速度高达每秒十亿次,并进入每秒百亿次的超高速度。软件环境不断完善,应用软件已成为现代工业的一部分,计算机的发展进入以计算机网络和分布并行处理为特征的时代,计算机的应用已渗透到各行各业,方方面面。

如前所述,随着电子元件、器件的不断发展、更新,传统计算机已经经历了四代演变。这四代计算机都属于以顺序控制和按地址寻址为基础的冯·诺伊曼式计算机体系,都以高速数值计算为主要目标,而系统设计原理没有多大变化。

由于硬件实现的功能过于简单,软件负担越来越重,造成了所谓的“软件危机”。技术体系上固有的局限性,严重妨碍了计算机性能的继续提高,也限制了传统计算机在90年代信息社会中的广泛应用。

因此,必须以新思想、新理论、新方法、新技术研制新一代计算机。

同类推荐
  • 中国网络传播研究2009(第三辑)

    中国网络传播研究2009(第三辑)

    本文以传统社区研究的“场域论”为基础,探讨网络传播中场域性互动对社会舆论的影响。文章首先从传统社区传播的场域性特征出发,探讨网络传播的社区性和场域性。然后分别分析了传统门户、BBS论坛和私人博客等三种主流的网络传播的场域性互动、意见表达和舆论形成的特点。最后结合“张殊凡事件”、“王石捐款”事件以及“黑砖窑”事件,探讨网络传播中的场域性互动对社会舆论从虚拟到现实的影响。
  • 大话设计模式

    大话设计模式

    本书主要采用JAVA语言介绍设计模式中比较常见的23种设计模式,分29章具体介绍,以现实生活中常见的事情为例来具体分析讲解。
  • 三维动画审美谈

    三维动画审美谈

    数字时代,美的标准充满更多的不确定性。而三维动画以数字图像形式成为这个图时代的代表。三维动画及三维图像不仅仅是由于应用了仿真数字图像技术而带来的虚拟空间,还有更多的是由三维图像技术所引发或引导的被扩展的图像技术,这些技术无不应用在现代视觉设计领域的各个方面,并且,由此引起社会的追热,引起审美观念的改变。这些改变是在进行中的,变化中的,也是在发展中的。对于未知的美,我们做的只是追寻和记录,我们不知道以后的美将会是什么样,尽管我们苦苦追寻,孜孜探讨,同时也在默默审视。我们在追寻中享受美,在探讨中认知美,在审视中体验美……
  • 信息技术教育大全-操作系统大全

    信息技术教育大全-操作系统大全

    本书系统介绍说明了有关电子信息系统及操作系统等知识,希望对该信息技术有需求的读者能够从中得到帮助。
  • 组态软件控制技术

    组态软件控制技术

    监控组态软件是完成数据采集与过程控制的专用软件,它以计算机为基本工具,为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台和开发环境。本书从应用角度出发,详细介绍了组态软件应用程序的开发过程。对窗口界面编辑、动画链接、实时和历史趋势、安全机制、I/O设备连接,以及生产应用等内容都做了非常详细的介绍。MCGS是优秀的监控组态软件之一,它功能强大、使用方便,可以非常容易地实现监视、控制、管理的各项功能,并可提供软、硬件的全部接口,方便、快速地进行系统集成,构成不同需求的数据采集与监控系统。本书可作为高等学校计算机应用、自动控制、电子技术、机电技术专业的教材,同时还可作为相关专业工程技术人员的自学用书。
热门推荐
  • 穿越之本神在古代

    穿越之本神在古代

    她是至高无上,冷漠无双的神,他是邪魅狂傲的无良君主。她意外穿越,灵魂住进他人体内。他潇洒抛下皇位,游戏人间。在这妖魔横行的时代,她许他永生不灭。在这鬼怪横行的大陆,他许她一世平安。她能让他爱上她一次,便能让他爱上她两次!你逃不掉了!他真的要为了短短几十载,让她痛苦几千年?他可舍得?为了她(他),即使颠覆整个大陆又如何?他(她)的幸福由他(她)自己来守护!!!
  • 灵傲羽凡

    灵傲羽凡

    你绝不会知道另一个世界?一个名为灵界的地方。主角天生孤儿,窘迫少年,上天给了他什么?爱的怜惜,王的决斗,友人的背叛,亲情的难舍,神使逐一击破,那最后的面纱是什么?是生?是死?灵界之上,依稀的虫族,古老的龙族,嗜血的血族,自立清高的神族,神秘的魔族,古老的蛮荒圣兽‘’‘’‘一起见证他的一步步···············
  • 从零到100

    从零到100

    余祖坤,初中2年级,调皮捣蛋,但是秀气带点黝黑的外表很讨老师们的喜欢,至于喜欢..可能偏向于要他帮忙搬书的那种多一点吧...“哎呦喂,搞什么鬼,今天真是倒霉...拿个书都会掉.”余祖坤慢慢捡起掉在地上班主任麻烦他搬去办公室的各种各类的奇异事件和同学们的作业本,“班主任真是个怪人,没想到一个女的居然口味这么重...”余祖坤一边碎碎念一边拍去手中书上的灰尘。“同学,我来帮你吧。”甜美的声音伴随着一双仟细的小手,洁白像玉一样的小手让余祖坤觉得哪怕一丝灰尘掉在上面都是对这双手的亵渎。“不...不用...我还是自己来吧。”余祖坤居然失神的结巴了起来,这要是他的好基友陈山看到,一定会不敢相信自己的眼睛,余祖坤是谁,居然会结巴不好意思???他可是出了名的调皮捣蛋脸皮厚...当他抬头看到眼前帮忙的女孩之后,黝黑的脸上居然出现了红晕...她...这是天使吗...“我是这个学校新来的新生,李乐,请多指教。”这个女孩露出甜美的微笑伸出自己的手,“多...多指教...我叫余祖坤...”余祖坤颤抖的手缓缓且轻轻的握了上去,生怕自己用大了那么一点点力气弄疼眼前的女孩一样...我...我怎么了...心跳好快...
  • 天降纱布:什么没有

    天降纱布:什么没有

    一把剑,寒倾天下;一只萧,风声四起;一支玉笛,纵横天下;一把琴,浪海涛天;一把琵琶,魅惑天下……穿越前,她深爱过一个男人,却遭到了背叛。绝望之时却不想穿越了,陌生的环境,陌生的世界,一起都在等着她去探索带着一个正太儿子,她开始了人生新的旅程。“乖儿子,要叫妈咪哦~”某女眯起眼笑道。“儿子,妈咪带你找个新爹吧!”*******************第一部已经完结,第二部新书已开【魔妃逆天:凤临君下】内容为:第一部+第二部也就是说文文已经腾地了,请多包含,,,,,,
  • 倾心之恋:冰山校草的淘气校花

    倾心之恋:冰山校草的淘气校花

    因为有你,所以幸福。小时候,与你一起,美好时光。长大后,我们何时能相认。一场车祸,将两人分开,再次见面,只有熟悉的感觉。
  • 服气精义论

    服气精义论

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 梦之卡牌师

    梦之卡牌师

    一位孤独的少年一次奇妙的旅程成就一次不朽的传奇
  • 一代名妃

    一代名妃

    云格格与弟弟费扬古随父亲鄂硕迁至京城落居,机缘巧合下结识鬼灵精怪的东慧郡主和微服出游的顺治皇帝,四人之间的友情、亲情、爱情交织在权力的斗争里,究竟是身不由己还是用心良苦?自古胜者为王,败者为寇,然而胜利者来不及享受喜悦,无辜的人竟成了政治斗争的牺牲品。
  • 来自木叶的闪光猿

    来自木叶的闪光猿

    一个大学生意外穿越到了火影世界,不过并不是那个他熟悉的时期。三战还没到,团藏和猿飞老头勾心斗角。对此,主角不想表示什么,别惹我就行,可是你不给开工资,这就很严重了啊!一心只想要保命苟活的他,本来都打算把凯的八门遁甲骗过来后,专门精心体术,这样的能力足够他保命了。万万没想到…机缘巧合下捣鼓出了家族世代想要的血继限界,光遁。这不就飘了吗?“八尺琼勾玉!”宇智波鼬:……“天丛云剑!”大蛇丸:……见到人就是一句“哎呀呀,好可怕啊!”“现在的年轻人真是了不得啊!”“速度就是重量啊…话说回来…你被光踢到过吗?”这是一个穿越者逐渐放肆猥琐的故事。
  • 我家有个鬼老公

    我家有个鬼老公

    我不信鬼更不信邪。可我出了一场车祸半夜三更跟男鬼斗地主是怎么一回事?与俊男鬼同居是怎么一回事?“既然我们交易成功,你是不是应该拿东西偿还?”俊男说罢一只手捏住我下巴,把房门打开,把我扔到床上。惊!这是干什么的节奏?