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计算机信息历史研究
发布时间:2018-12-03        浏览次数:17        返回列表

吴沐恩

摘 要:计算机是一种能够按照程序自动计算、处理、储存记忆的现代化智能电子设备,作为20世纪影响力最大的科技发明之一,计算机对人类生活带来深远变革,带动全球科技进步和产业升级。本文对计算机发展历史进行详细回顾,同时论述计算机在现代社会的应用领域,力图把握计算机的发展阶段和技术创新趋势,以此为基础展望未来计算机发展前景。

关键词:计算机 发展历史 应用领域

中图分类号:G63 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2018)04(c)-0004-02

1 计算机发展历史回顾

计算机技术的确切诞生时间在20世纪40年代,美国宾夕法尼亚大学教授John W.Mauchly和J Presper Eckert共同为美国陆军军械部阿伯丁弹道研究室研制了一台用于弹道轨迹计算的电子数字计算机,它就是全世界第一台真正意义上的计算机“ENIAC”。“ENIAC”体积庞大,重量超过30t,占地超过170m2,内部结构包括18000只电子管,7000只电阻,10000只电容,50万条电线和超过6000个开关,据悉其每小时耗电量达140kW,运行速度为5000次/s,被视为“电脑时代的开端”。以“ENIAC”为代表的计算机属于第一代计算机,其对早期电动计算机技术进行改革后以电子管作为主要元器件,在程序编写上全部采用机器语言,虽然能够有效提高计算速度但不利于操作和修改,同时庞大的体积和复杂的构造对其广泛投入应用带来不便。

20世纪50年代以来全球电子技术进一步发展,晶体管取代电子管成为计算机主要元件,晶体管所需空间明显小于电子管,同时自身构件消耗和耗电量极低,无需预热即可进行使用,运用晶体管的计算机体积更小且性能得到增强。1954年美国贝尔实验室研制出第一台晶体管计算机“TRADIC”,1955年美国首次在洲际导弹上使用小型晶体管计算机,1958年美国IBM公司研制出全球第一台全部使用晶体管元件的计算机RCA501型。这一时期的计算机称為第二代计算机,其采用快速磁心储存器,每秒能够完成15000次加法运算或50000次乘法运算,还具有使用寿命长,维护保养简单等优势。我国于1965年研制出中国第一台大型晶体管计算机“109乙机”,1967年研制出技术升级的“109丙机”,为我国国防科技发展做出重要贡献。

第三代计算机又称集成电路计算机,原本各自独立的电阻、电容、晶体管等元件被组成在一个元件内构成计算机主要功能部件,主储存器为半导体储存器,运算速度提升至几十万次每秒,应用范围扩大至信息管理、数值计算、工作自动化控制、计算机辅助教学(CAI)等。集成电路取代晶体管后计算机的体积进一步缩小,内部元件耗能更小且造价成本更低,为计算机应用融入人们生产和生活领域奠定技术基础。我国在1973年至80年代初期开始中小规模集成电路计算机研究,1973年北京大学、北京有线电厂等单位联合研制出运算速度达100万次/s的大型通用计算机,1974年清华大学等单位联合设计出DJS-130小型计算机和DJS-140小型机,在集成电路计算机研制方面开创系列化生产之路。

集成电路技术在20世纪60年代末和70年代初得到迅猛发展,众多元件能够集中在面积极小的硅晶片上形成大规模集成电路和超大规模集成电路,由此推动形成第四代计算机。美国研制的ILLIAC-IV计算机是全球首台以大规模集成电路为储存单元和逻辑元件的计算机,标志着计算机设计已经进入第四代阶段,1974年英国曼彻斯特大学研制的ICL2900计算机、1975年美国阿姆尔公司研制的470V/6型计算机、1976年日本富士通公司研制的M-190型计算机是第四代计算机中较有代表性的系列。我国从80年代中期开始第四代计算机的研制,主要采用Z80、X86和6502芯片在微型机领域进行科研,虽然起步时间晚于英美等发达国家,但以后来居上的姿态取得不凡成果。第四代计算机经历过4个发展时期,1971—1973年间以四位微型机和八位微型机为主,1973—1977年间在MCS-80型之外出现TRS-80型和APPLE-II型,1978—1983年间十六位微型机得到快速发展,1983年后出现三十二位微型机,计算机的核心性能不断得到优化。这一时期的计算机研制出现两极化的发展趋势,一方面微型机逐渐向个人应用和网络化方向发展,另一方面大型机向专业化、巨型化方向发展,逐渐出现每秒运算量超过一亿次的超级计算机。

1981年日本率先宣布开始研制第五代计算机,所谓第五代计算机指信息采集、处理、储存功能智能化,在处理一般数据以外具有推理、联想、学习和解释等知识处理能力的计算机。在性能提高的基础上其应用范围和涉及技术领域明显扩大,问题推理、知识库管理和智能化人机接口是第五代计算机的三大主要结构,尤其是智能化人机接口能够运用人类习惯的方式进行信息传输和处理,以自然语言作为最高级用户语言的模式使非专业人员也能顺畅操作计算机。不可否认,第五代计算机的研制带动软件产业发展,同时推动光学器件、光纤通信技术等一系列硬件设施的创新,极大地改变了人类生活方式。

目前人类已经进入第六代计算机—生物计算机的研制时代,通过生物工程技术生产的蛋白质分子制造生物芯片,使得信息波在计算机内部的流动方式贴近人体大脑运作方式,从而具有类似于人体大脑的适应力和判断力。1994年美国运用生物计算机原理成功解决虚构的7个城市间最佳道路走向,2000年美国采用最新表面化学技术极大简化了生物计算机的运算程序,为生物计算机真正问世扫清障碍,2004年我国首次在试管中完成DNA计算机雏形研究工作,在实验中将自动机与表面DNA计算相结合,表明我国的生物计算机研究取得重大进展。

2 计算机在当代的应用领域

计算机在不断更新换代中已经由体积庞大、操作复杂的科技产品成为与人们日常生活息息相关的“必需品”,随着社会发展,计算机应用走进千家万户、千行万业,深刻改变了人们的生活、学习和工作方式。数据处理和科学计算是计算机出现以来最基础的应用,从生活层面来看,财务账单录入、人事管理、图书资料管理、商业数据分享、文献检索等工作都需要计算机参与,据统计全球计算机用于数据处理的工作量占总工作量的80%以上;从科研层面来看,小到人们每日需要的天气预报和自然灾害预警,大到航空器、火箭、导弹的设计都离不开计算机的精确计算。自动控制指借助计算机对某一任务实行自动操作,一些高精尖设备企业、石油化工企业和航空航天企业生产线设计复杂,操作难度高且具有一定程度危险,计算机能够按照预设目标和流程进行自动控制,不仅释放人力,减少人力成本,还提高了生产效率和产品质量。

人工智能是近几年较为流行的计算机应用类型,虽然科研仍未完全成熟,但在部分领域的运用情况表明其具有巨大的发展潜力。智能医疗诊断系统、多国语言实时翻译系统、机器人等都属于人工智能范畴,计算机模拟人脑功能而具有“思维”能力,使得计算机能够替代部分人类行为并创造大量优质效益。除此以外,计算机网络、计算机辅助设计、多媒体都是计算机应用领域,人们能够借助多媒体观看高清电影,玩转VR游戏,能够利用计算机绘图,制作课件和动画,能够在全球最大的互联网Internet上自由浏览信息,选购商品,与远在地球另一边的陌生人互动,也能够通过计算机进行远程学习,参加远程会议,可以说丰富的计算机应用使人们的生活发生天翻地覆的变化,让每个人拥有更多元化的选择空间和更个性的生活方式。

3 结语

纵观20世纪以来全球计算机发展历史,可以看到正是因为一代代有志之士的竭诚努力,计算机技术才得以获得一次次跨越式进步,计算机才能够走进人们生活发挥重大的作用。感悟过去是为了展望未来,回顾计算机发展历史能够为我国计算机科研提供新的灵感和思路。同时也能够为我国的信息化战略提供更好的帮助与支持。

参考文献

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[2] 辛玉强.浅谈计算机的发展历史及未来展望[J].才智,2016(9):250.

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