1945年,第壹臺全自動電子數字計算機“ENIAC”由美國生產(英文縮寫為ENIAC,中文意思是電子數字積分器和計算器)。它是由美國奧伯丁武器試驗靶場為滿足彈道計算的需要而研制的。主要發明者是電氣工程師埃克特和物理學家莫奇裏博士。這臺電腦是1946年2月發貨,服役9年。它使用電子管作為計算機的基本部件,每秒鐘可以進行5000次加減運算。它使用18000只燈管,10000只電容,7000只電阻,體積3000立方英尺,面積170平方米,重量30噸,耗電量140 ~ 150千瓦。是名副其實的“怪物”。
ENIAC的問世具有劃時代的意義,預示著計算機時代的到來。在接下來的40年裏,計算機技術發展極其迅速,人類科技史上沒有任何壹門學科可以與電子計算機的發展速度相提並論。
下面介紹每壹代計算機的硬件結構和系統特點:
第壹代(1946~1958):電子管數字計算機
計算機的邏輯元件采用電子管,主存儲器采用水銀延遲線、磁鼓和磁芯;外部存儲器采用磁帶;軟件主要采用機器語言和匯編語言;應用主要基於科學計算。它的特點是體積大、功耗高、可靠性差、價格高、維護復雜,但卻為以後的計算機技術奠定了基礎。
第二代(1958~1964):晶體管數字計算機。
晶體管的發明促進了計算機的發展。使用晶體管作為邏輯元件後,計算機的體積大大縮小,功耗降低,可靠性提高,性能比第壹代計算機有很大提高。
主存采用磁芯,外存已經開始使用更高級的磁盤;軟件有了很大的進步,出現了各種高級語言及其編譯器,以及基於批處理的操作系統,主要應用於科學計算和各種事務處理,並開始應用於工業控制。
第三代(1964~1971):集成電路數字計算機。
上世紀60年代,中小型集成電路(SSI,MSI)被用作計算機的邏輯部件,使計算機體積更小,功耗更低,可靠性更高,性能比十代計算機有了很大提高。此時,小型機也蓬勃發展,應用領域日益擴大。
主存還是用磁芯,軟件逐漸完善,分時操作系統、會話語言等多種高級語言有了新的發展。
第四代(1971年後):大規模集成電路數字計算機。
大規模集成電路(LSI)用於計算機的邏輯元件和主存儲器。所謂大規模集成電路,是指在單片矽片上集成1000~2000個以上晶體管的集成電路,其集成度比中小規模集成電路高出1~2個數量級以上。此時的計算機已經發展到小型化、功耗小、可靠性高的階段。大規模集成電路發展了軍事工業、空間技術和原子能技術。這些領域的蓬勃發展對計算機提出了更高的要求,有力地推動了計算機產業的空前發展。隨著大規模集成電路技術的飛速發展,計算機不僅向超級計算機方向發展,而且向超小型計算機和微型計算機方向飛速前進。1971年底,世界上第壹臺微處理器和微型計算機在美國舊金山南部的矽谷誕生,開創了微型計算機的新時代。此後,各種微處理器和微型計算機如雨後春筍般發展起來,充斥市場,成為當時最暢銷的產品。這壹勢頭今天仍方興未艾。尤其是IBM-PC系列計算機誕生後,幾乎統壹了世界微機市場,各種兼容機相繼問世。
2.現代計算機階段(即傳統主機階段)
所謂現代計算機是指用先進的電子技術取代過時的機械或繼電器技術。
現代計算機經歷了半個多世紀的發展,這壹時期的傑出代表是英國科學家圖靈和匈牙利裔美國科學家馮·諾依曼。
圖靈對現代計算機的貢獻有:建立了圖靈機的理論模型,發展了可計算性理論;定義機器智能的圖靈測試被提出。
馮·諾依曼的主要貢獻是:建立了現代計算機的基本結構,即馮·諾依曼結構。其特點可以概括如下:
(1)使用單個處理單元完成計算、存儲和通信的工作;
(2)存儲單元是長度固定的線性組織;
(3)存儲空間的單元被直接尋址;
(4)使用機器語言,指令可以通過操作碼完成簡單的操作;
(5)計算的集中順序控制。
現代計算機的生成原理主要是根據計算機使用的電子器件不同來劃分的。這就是人們通常所說的電子管、晶體管、集成電路、VLSI四代。
1666年,英國的塞繆爾·莫蘭發明了壹種可以計算加數和減法的機械計數機器。
1673年,戈特弗裏德·萊布尼茨制作了壹個帶有階梯形圓柱輪的計數器,稱為“階梯計算器”。這個計算器可以把重復的數相乘,並自動加到加法器上。
1694年,德國數學家戈特弗裏德·萊布尼茨對帕斯卡的帕斯卡進行了改進,制成了壹臺可以計算乘數的機器。它仍然由齒輪和刻度盤操作。
1773年,菲利普-馬特烏斯制造並銷售了少量精確到12位數的計算機。
1775年,斯坦霍普第三伯爵發明了類似萊布尼茨的乘法計算器。
在1786年,J.H.Mueller設計了壹種差動延伸,但不幸的是沒有資金來制造它。
1801年,約瑟夫-瑪麗·雅卡爾的織布機使用打孔卡來控制編織圖案。
1854年,喬治·布爾發表了《思想規律的考察》,講的是符號和邏輯推理,後來成為計算機設計的基本概念。
1858年,壹條電報線首次橫跨大西洋,並提供了幾天的服務。
1861年,壹條橫貫大陸的電報線連接了大西洋和太平洋海岸。
1876年,亞歷山大·格雷厄姆·貝爾發明了電話並獲得專利。
從1876到1878,開爾文男爵制造了泛音分析儀和潮汐預報機。
1882年,威廉·S·巴羅斯辭去了銀行職員的工作,專心致力於發明加法器。
1889年,赫爾曼·何樂禮的電動制表機在競賽中表現出色,並被用於1890年的人口調查中。赫爾曼·何樂禮采用了提花織機的概念來計算。他用壹張卡存儲數據,然後將其註入機器,以匯編結果。這種機器使人口調查的結果在短短六周內就能得到,而這需要十年的時間。
1893,發明了第壹臺四功能計算器。
1895,古列爾莫·馬可尼傳送了壹個廣播信號。
1896年,霍爾瑞斯創建了制表機公司。
1901年,打孔鍵出現,此後半個世紀變化不大。
1904年,約翰·A·弗萊明獲得真空二極管專利,奠定了無線電通信的基礎。
1906年,李德福爾德特在費爾明增加了壹個帶有第三個閥門的二極管,創造了壹個三電極真空管。
1907年,錄制的音樂組成了紐約第壹個官方電臺。
1908,英國科學家坎貝爾·斯溫頓?描述了電子掃描方法和用陰極射線管制作電視的預測。
1911年,霍爾瑞斯的手表機器公司與另外兩家公司合並,成立了電腦制表錄音公司(C-T-R),這是壹家制表和錄音公司。但在1924年更名為國際商業機器公司(IBM)。
1911年,荷蘭物理學家Kamerlingh Onnes在萊頓大學發現了超導。
1931年,範尼弗·布什發明了壹種可以求解差分程序的計數機器。這臺機器可以解決壹些讓數學家和科學家頭疼的復雜差分程序。
1935年,IBM(國際商業機器公司)推出了“IBM 601”,這是壹種帶算術部件的穿孔卡片機,能在1秒內計算出乘數。它在科學計算和商業計算中發揮著巨大的作用。總共制造了1500個單位。
1937年,艾倫·圖靈提出了“通用機器”的概念,可以執行任何算法,形成了“可計算性”的基本概念。圖靈的概念優於其他同類型的發明,因為他使用了符號處理的概念。
10月,約翰·文森特·阿坦索夫和約翰·伯裏制造了壹個16位加法器。這是第壹臺用真空管計算的機器。
1939年,Zuse和Schreyer創造了“V2”[後來稱之為Z2],它沿用了Z1的機械存儲,並使用繼電器邏輯增加了壹個新的算術組件。但當祖澤完成草案後,這個計劃中斷了壹年。
1939-40年,Schreyer用真空管完成了10位加法器,用氖燈完成了存儲器。
1940年6月,貝爾實驗室、塞繆爾·威廉姆斯和斯蒂比茨完成了壹臺可以計算復數的機器。它被稱為“復數計算器”,後來改名為I (Model I Relay Calculator)。它使用電話開關作為邏輯元件:145斷路器和10條形開關。數字用“加3BCD”表示。同年9月,電傳打字機被安裝在壹個數學會議上,並由新罕布什爾州連接到紐約。
1940,Zuse終於完成了Z2,比操作好,但是不太靠譜。
1941年夏天,阿塔納索夫和貝裏完成了壹個專門為解線性方程組而設計的計算器,後來被稱為“ABC(阿塔納索夫-貝裏計算機)”。它有60Hz的50位存儲器,以電容器的形式安裝在兩個旋轉的鼓上。時鐘
1941年2月,Zuse完成了“V3”(後稱為Z3),這是第壹臺可以編程運行的計算機。它也使用浮點運算,7位指數,14位尾數和壹個符號。存儲器可以存儲64個字,所以需要1400個斷路器。它有1200以上的運算和控制元件,編程、輸入和輸出與Z1相同。1943 65438+10月霍華德·h·艾肯完成了“ASCC馬克I”(自動順序控制計算器馬克I),也被稱為“哈沃德馬克I”。這臺機器長51英尺,重5噸。它由75萬個零件組成。它有72個累加器,每個累加器都有自己的算術單元和壹個23位寄存器。
1943 65438+2月,Tommy Flowers和他的團隊完成了第壹個“巨像”,它有2400個真空管作為邏輯元件和5個紙帶閱讀器,每個閱讀器每秒可以工作5000個字符。
1943在John Brainered的帶領下,ENIAC開始了研究。約翰·莫奇裏和j·普雷斯珀·埃克特負責這項計劃的實施。
1946v第壹臺電子數字積分計算器(ENIAC)在美國制造。
1947年,美國計算機協會(ACM)成立。
1947年,英國完成了第壹個存儲真空管O 1948貝爾電話公司開發了半導體。
1949年,“延遲存儲電子自動計算器”(EDSAC)在英國建成。
1950“自動化”壹詞首次用於汽車行業。
1951年,磁芯由麻省理工學院制造。
1952,第壹個“存儲程序計算器”誕生了。
1952年,第壹個大型計算機系統IBM701宣布建造完成。
1952年,第壹個符號語言翻譯器發明成功。
1954年,貝爾電話公司研制成功第壹臺半導體計算機。
1954年,第壹臺通用數據處理器IBM650誕生。
1955年,第壹臺帶磁芯的大型計算機IBM705建成。
1956年,IBM推出了科學704計算機。
1957年,編程語言FORTRAN問世。
1959年,第壹臺小型科學計算器IBM620研制成功。
1960年,數據處理系統IBM1401研制成功。
1961年,編程語言COBOL問世。
1961年,第壹臺子系統計算機由麻省理工學院設計。
1963年,BASIC語言問世。
1964,第三代計算機IBM360系列制成。
1965年,美國數字設備公司推出第壹臺小型機PDP-8。
從65438年到0969年,IBM成功開發了90列卡片機和system-3計算機系統。
1970,IBM系統1370計算機系列制成。
1971年,美國伊利諾伊大學設計完成了髂骨IV型超級計算機。
1971年,第壹個微處理器4004由Intel公司研制成功。
從65438年到0972年,微處理器基板開始大量生產和銷售。
1973年,IBM研制成功第壹張軟盤。
1975,雅達利- 8800微電腦出來了。
1977年,科莫多爾公司宣布全組合微型計算機PET-2001研制成功。
1977,TRS - 80微型計算機誕生了。
1977,蘋果ⅱ型微機誕生了。
從65438年到0978年,開始應用VLSI。
1978年,磁泡存儲器第二次用於商用計算機。
1979,夏普宣布做出了第壹臺便攜式微型計算機。
從65438年到0982年,微型計算機開始普及,大量進入學校和家庭。
從65438年到0984年,日本計算機行業開始研發“第五代計算機”——具有人工智能的計算機。
中國計算機發展史;
1958年,中國科學院計算技術研究所研制成功第壹臺小型電子管通用計算機103(八壹型號),這標誌著我國第壹臺電子計算機的誕生。
1965年,中國科學院計算技術研究所研制成功第壹臺大型晶體管計算機109B,隨後引進了109C計算機,在兩彈試驗中發揮了重要作用。
1974年,清華大學等單位聯合設計研制了集成電路的小型計算機DJS-130,運算速度為每秒1萬次;
1983年,國防科技大學成功研制出運算速度達到每秒上億次的銀河壹號超級計算機,是我國高速計算機發展的重要裏程碑。
從65438到0985,電子工業部計算機管理局研制成功了與IBM PC兼容的長城0520CH微型計算機。
1992年,國防科技大學研制出Galaxy -II通用並行超級計算機,峰值速度達到每秒4億次浮點運算(相當於每秒100億次基本運算)。它是壹個帶主存儲器的四處理器向量機,其向量中央處理器采用中小型集成電路設計,達到了80年代中後期的國際先進水平。主要用於中期天氣預報;
1993年,國家智能計算機研究開發中心(後成立為北京曙光計算機公司)研制成功曙光壹號全對稱存儲多處理器,這是我國第壹臺設計研制的基於VLSI的通用微處理器芯片和標準UNIX操作系統的並行計算機。
1995年,曙光公司推出了曙光1000(含36個處理器),國內首款MPP結構的並行機。峰值速度為每秒25億次浮點運算,實際運算速度為每秒100億次浮點運算。曙光1000類似於美國Intel公司在1990年推出的大規模並行計算機體系結構和實現技術,與國外差距縮小到5年左右。
1997年,國防科大成功研制了Galaxy -III百億億次並行超級計算機系統,該系統采用可擴展的分布式存儲並行處理架構,由130多個處理節點組成。峰值性能為每秒13億次浮點運算,系統綜合技術達到90年代中期國際先進水平。
從1997到1999,曙光公司先後在市場上推出了曙光1000A、曙光2000-I、曙光2000-II集群結構超級服務器。峰值運算速度已超過每秒1000億次浮點運算,機器規模已超過65438+。
65438-0999,國家並行計算機工程技術研究中心研制的神威I計算機通過國家驗收,在國家氣象中心投入運行。該系統擁有384個處理單元,峰值運算速度達到每秒3840億次。
2000年,曙光公司推出了每秒3000億次浮點運算的曙光3000超級服務器。
2001年,中國科學院計算技術研究所成功研制出國內第壹款通用CPU——“龍芯”芯片。
2002年,曙光公司推出具有完全自主知識產權的“龍騰”服務器。龍騰服務器采用了“龍芯-1”CPU,曙光公司與中科院計算所聯合開發的服務器專用主板,曙光LINUX操作系統。該服務器是中國第壹款完全實現自主知識產權的產品,將在國防、安全等部門發揮重要作用。
2003年,數十億次數據處理超級服務器曙光4000L通過國家驗收,再次刷新了國產超級服務器的歷史紀錄,使國內高性能產業邁上新臺階。