计算机的发展史及未来展望

电子计算机的发展史及未来展望一、电子计算机在国外的发展1、第一代电子计算机的发展第一代电子计算机又称“电子计算机”。以电子管为主要电路元件的电子计算机。第一台电子管计算机于1946年在美国制成，取名埃尼阿克(eniac)。1946-1957年生产的电子计算机都是第一代电子计算机。世界上第一台电子计算机是个庞然大物：重30吨，占地150平方米，肚子里装有18800只电子管。它是1954年，在美国宾夕法尼亚大学诞生的。在第二次世界大战中，敌对双方都使用了飞机和火炮，猛烈轰炸对方军事目标。要想打得准，必须精确计算并绘制出射击图表。经查表确定炮口的角度，才能使射出去的炮弹正中飞行目标。但是，每一个数都要做几千次的四则运算才能得出来，十几个人用手摇机械计算机算几个月，才能完成一份图表。针对这种情况，人们开始研究把电子管作为电子开关来提高计算机的运算速度。许多科学家都参加了实验和研究，终于制成了世界上第一台电子计算机，起名为埃尼阿克。20世纪40年代中期，美国宾夕法尼亚大学电工系由莫利奇和艾克特领导，为美国陆军军械部阿伯丁弹道研究实验室研制了一台用于炮弹弹道轨迹计算的“电子数值积分和计算机”(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator简称ENIAC)。这台叫做“埃尼阿克”的计算机占地面积170平方米，总重量30吨，使用了18000只电子管，6000个开关，7000只电阻，10000只电容，50万条线，耗电量140千瓦，可进行5000次加法/秒运算。这个庞然大物于1946年2月15日在美国举行了揭幕典礼。这台计算机的问世，标志着电脑时代的开始。2、第二代电子计算机的发展第二代电子计算机采用晶体管制造的电子计算机。国外第二代电子计算机的生存期大约是1957-1964年。其软件开始使用面向过程的程序设计语言，如fortran、algol等。中国第一台晶体管计算机于1967年制成，运算速度为每秒五万次。第二代电子计算机是用晶体管制造的计算机。在20世纪50年代之前，计算机都采用电子管作元件。电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点。使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观，制造高速电子计算机的设想也就更容易实现了。1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC），装有800个晶体管。1955年，美国在阿塔拉斯洲际导弹上装备了以晶体管为主要元件的小型计算机。10年以后，在美国生产的同一型号的导弹中，由于改用集成电路元件，重量只有原来的1/100，体积与功耗减少到原来的1/300。1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。由于第二代计算机采用晶体管逻辑元件，及快速磁芯存储器，计算机速度从每秒几千次提高到几十万次，主存储器的存贮量，从几千提高到10万以上。1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的的电子计算机IBM7090。1958-1964年，晶体管电子计算机经历了大范围的发展过程。从印刷电路板到单元电路和随机存储器，从运算理论到程序设计语言，不断的革新使晶体管电子计算机日臻完善。1961年，世界上最大的晶体管电子计算机ATLAS安装完毕。3、第三代电子计算机的发展第三代电子计算机采用中、小规模集成电路制造的电子计算机。1964年开始出现，60年代末大量生产。其机种多样化、系列化，外部设备品种繁多，并开始与通信设备相结合而发展为由多机组成的计算机网。运算速度可达每秒几百万次，甚至几千万次、上亿次。4、第四代电子计算机的发展1967年和1977年分别出现了大规模和超大规模集成电路。由大规模和超大规模集成电路组装成的计算机，被称为第四代电子计算机。美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。1975年，美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机，随后日本富士通公司生产出M-190机，是比较有代表性的第四代计算机。英国曼彻斯特大学1968年开始研制第四代机。1974年研制成功ICL2900计算机，1976年研制成功DAP系列机。1973年，德国西门子公司、法国国际信息公司与荷兰飞利浦公司联合成立了统一数据公司，共同研制出Unidata7710系列机。第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器，在面积约为10mmXl0mm的单个芯片上，可以集成大约32万个晶体管。第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。微型计算机大致经历了四个阶段第一阶段是1971～1973年，微处理器有4004、4040、8008。1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机（CPU为4040，四位机）。后来又推出以8008为核心的MCS-8型。第二阶段是1973～1977年，微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、M6800、Z80。初期产品有Intel公司的MCS一80型（CPU为8080，八位机）。后期有TRS-80型（CPU为Z80）和APPLE-II型（CPU为6502），在八十年代初期曾一度风靡世界。第三阶段是1978～1983年，十六位微型计算机的发展阶段，微处理器有8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是IBM-PC（CPU为8086）。本阶段的顶峰产品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC/AT286(1986年)微型计算机。第四阶段便是从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段。微处理器相继推出80386、80486。386、486微型计算机是初期产品。1993年，Intel公司推出了Pentium或称P5（中文译名为“奔腾”）的微处理器，它具有64位的内部数据通道。现在PentiumIII（也有人称P7）微处理器己成为了主流产品，预计PentiumIV将在2000年10月推出。由此可见，微型计算机的性能主要取决于它的核心器件——微处理器（CPU）的性能。微型机的出现与发展将CPU浓缩在一块芯片上的微型机的出现与发展，掀起了计算机大普及的浪潮。1969年，英特尔（Intel）公司受托设计一种计算器所用的整套电路，公司的一名年轻工程师费金（FedericoFagin）成功地在4.2×3.2的硅片上，集成了2250个晶体管。这就是第一个微处理器——Intel4004。它是4位的。在它之后，1972年初又诞生了8位微处理器Intel8008。1973年出现了第二代微处理器（8位），如Intel8080（1973）、M6800（1975，M代表摩托罗拉公司）、Z80（1976，Z代表齐洛格公司）等。1978年出现了第三代微处理器（16位），如Intel8086、Z8000、M68000等。1981年出现了第四代微处理器（32位），如iAPX432、i80386、MAC-32、NS-16032、Z80000、HP-32等。它们的性能都与七十年代大中型计算机大致相匹敌。微处理器的两三年就换一代的速度，是任何技术也不能比拟的。个人计算机的诞生最早的个人计算机之一是美国苹果（Apple）公司的AppleⅡ型计算机，于1977年开始在市场上出售。继之出现了TRS－80（RadioShack公司）和PET－2001（Commodore公司）。从此以后，各种个人计算机如雨后春笋一般纷纷出现。当时的个人计算机一般以8位或16位的微处理器芯片为基础，存储容量为64KB以上，具有键盘、显示器等输入输出设备，并可配置小型打印机、软盘、盒式磁盘等外围设备，且可以使用各种高级语言自编程序。随着PC机的不断普及，IBM公司于1979年8月也组织了个人计算机研制小组。两年后宣布了IBM－PC，1983年又推出了扩充机型IBM－PC/XT，引起计算机工业界极大震动。在当时，IBM个人计算机具有一系列特点：设计先进（使用Intel8088微处理器）、软件丰富（有八百多家公司以它为标准编制软件）、功能齐全（通信能力强，可与大型机相连）、价格便宜（生产高度自动化，成本很低）。到1983年，IBM－PC迅速占领市场，取代了号称美国微型机之王的苹果公司。5、第五代电子计算机的发展第五代计算机是把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。它能进行数值计算或处理一般的信息，主要能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，能够帮助人们进行判断、决策、开拓未知领域和获得新的知识.人-机之间可以直接通过自然语言（声音、文字）或图形图象交换信息。第五代计算机又称新一代计算机。1981年10月，日本首先向世界宣告开始研制第五代计算机，并于1982年4月制订为期10年的“第五代计算机技术开发计划”，总投资为1000亿日元，目前已顺利完成第五代计算机第一阶段规定的任务。第五代计算机是为适应未来社会信息化的要求而提出的，与前四代计算机有着本质的区别，是计算机发展史上的一次重要变革。二、电子计算机在国内的发展1958年，中科院计算所研制成功我国第一台小型电子管通用计算机103机(八一型),标志着我国第一台电子计算机的诞生。1965年，中科院计算所研制成功第一台大型晶体管计算机109乙，之后推出109丙机，该机为两弹试验中发挥了重要作用；1974年，清华大学等单位联合设计、研制成功采用集成电路的DJS-130小型计算机，运算速度达每秒100万次；1983年，国防科技大学研制成功运算速度每秒上亿次的银河-I巨型机，这是我国高速计算机研制的一个重要里程碑；1985年，电子工业部计算机管理局研制成功与IBMPC机兼容的长城0520CH微机。1992年，国防科技大学研究出银河-II通用并行巨型机，峰值速度达每秒4亿次浮点运算(相当于每秒10亿次基本运算操作)，为共享主存储器的四处理机向量机，其向量中央处理机是采用中小规模集成电路自行设计的，总体上达到80年代中后期国际先进水平。它主要用于中期天气预报；1993年，国家智能计算机研究开发中心（后成立北京市曙光计算机公司）研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机，这是国内首次以基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片和标准UNIX操作系统设计开发的并行计算机；1995年，曙光公司又推出了国内第一台具有大规模并行处理机(MPP)结构的并行机曙光1000(含36个处理机)，峰值速度每秒25亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。曙光1000与美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，与国外的差距缩小到5年左右。1997年，国防科大研制成功银河-III百亿次并行巨型计算机系统，采用可扩展分布共享存储并行处理体系结构，由130多个处理结点组成，峰值性能为每秒130亿次浮点运算，系统综合技术达到90年代中期国际先进水平。1997至1999年，曙光公司先后在市场上推出具有机群结构(Cluster)的曙光1000A，曙光2000-I，曙光2000-II超级服务器，峰值计算速度已突破每秒1000亿次浮点运算，机器规模已超过160个处理机，1999年，国家并行计算机工程技术研究中心研制的神威I计算机通过了国家级验收，并在国家气象中心投入运行。系统有384个运算处理单元，峰值运算速度达每秒3840亿次2000年，曙光公司推出每秒3000亿次浮点运算的曙光3000超级服务器。2001年，中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU——“龙芯”芯片2002年，曙光公司推出完全自主知识产权的“龙腾”服务器，龙腾服务器采用了“龙芯-1”CPU，采用了曙光公司和中科院计算所