从“高广深”看计算机的发展

2020-1-7计算机导论论文-1-从“高·广·深”看计算机的发展—电嵌Q1041班101602017郑周首先谈谈我国的计算机发展史。第一代电子管计算机研制(1958-1964年)我国从1957年开始研制通用数字电子计算机，1958年8月1日该机可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子计算机诞生。为纪念这个日子，该机定名为八一型数字电子计算机。该机在738厂开始小量生产，改名为103型计算机(即DJS-1型)，共生产38台。1958年5月我国开始了第一台大型通用电子计算机（104机）研制，以前苏联当时正在研制的БЭСМ-II计算机为蓝本，在前苏联专家的指导帮助下，中科院计算所、四机部、七机部和部队的科研人员与738厂密切配合，于1959年国庆节前完成了研制任务。在研制104机同时，夏培肃院士领导的科研小组首次自行设计于1960年4月研制成功一台小型通用电子计算机－107机。1964年我国第一台自行设计的大型通用数字电子管计算机119机研制成功，平均浮点运算速度每秒5万次，参加119机研制的科研人员约有250人，有十几个单位参与协作。第二代晶体管计算机研制(1965-1972年)我国在研制第一代电子管计算机的同时，已开始研制晶体管计算机，1965年研制成功的我国第一台大型晶体管计算机（109乙机）实际上从1958年起计算所就开始酝酿启动。在国外禁运条件下要造晶体管计算机，必须先建立一个生产晶体管的半导体厂（109厂）。经过两年努力，109厂就提供了机器所需的全部晶体管（109乙机共用2万多支晶体管，3万多支二极管）。对109乙机加以改进，两年后又推出109丙机，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国两弹试验中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。我国工业部门在第二代晶体管计算机研制与生产中已发挥重要作用。华北计算所先后研制成功108机、108乙机(DJS-6)、121机(DJS-21)和320机(DJS-6)，并在738厂等五家工厂生产。哈军工（国防科大前身）于1965年2月成功推出了441B晶体管计算机并小批量生产了40多台。第三代基于中小规模集成电路的计算机研制(1973-80年代初)我国第三代计算机的研制受到文化大革命的冲击。IBM公司1964年推出360系列大型机是美国进入第三代计算机时代的标志，我国到1970年初期才陆续推出大、中、小型采用集成电路的计算机。1973年，北京大学与北京有线电厂等单位合作研制成功运算速度每秒100万次的大型通用计算机。进入80年代，我国高速计算机，特别是向量计算机有新的发展。1983年中国科学院计算所完成我国第一台大型向量机－757机，计算速度达到每秒1000万次。这一记录同年就被国防科大研制的银河-I亿次巨型计算机打破。银河-I巨型机是我国高速计算机研制的一个重要里程碑，它标志着我国文革动乱时期与国外拉大的距离又缩小到7年左右（银河-I的参考机克雷-1于1976年推出）。第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(80年代中期至今)2020-1-7计算机导论论文-2-和国外一样，我国第四代计算机研制也是从微机开始的。1980年初我国不少单位也开始采用Z80，X86和M6800芯片研制微机。1983年12电子部六所研制成功与IBMPC机兼容的DJS-0520微机。10多年来我国微机产业走过了一段不平凡道路，现在以联想微机为代表的国产微机已占领一大半国内市场。1992年国防科大研究成功银河-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)，总体上达到80年代中后期国际先进水平。从90年代初开始，国际上采用主流的微处理机芯片研制高性能并行计算机已成为一种发展趋势。国家智能计算机研究开发中心于1993年研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机。1995年，国家智能机中心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。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。国家智能机中心与曙光公司于1997至1999年先后在市场上推出具有机群结构的曙光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，2000年推出每秒浮点运算速度3000亿次的曙光3000超级服务器。2004年上半年推出每秒浮点运算速度1万亿次的曙光4000超级服务器。综观40多年来我国高性能通用计算机的研制历程，从103机到曙光机，走过了一段不平凡的历程。总的来讲，国内外标志性计算机推出的时间，其中国外的代表性机器为ENIAC，IBM7090，IBM360，CRAY-1，IntelParagon，IBMSP-2，国内的代表性计算机为103，109乙，150，银河-I，曙光1000，曙光2000。应该说计算机是20世纪人类最伟大的发明之一.在这个世纪之交,知识经济时代呼啸而来,作为知识和信息的处理、传输和存储之载体的计算机,在21世纪,计算机将会不断地开发出新的品种,而这些新颖的多种多样的计算机,将以其更强大的功能,为世人所瞩目,成为知识经济时代人们的新宠儿.21世纪是人类走向信息社会的世纪，是网络的时代，是超高速信息公路建设取得实质性进展并进入应用的年代。那么在世纪之交的今天，信息技术会有什么新的变化呢？当今计算机科学发展趋势，可以把它分为三维考虑。一维是是向“高”的方向。性能越来越高，速度越来越快，主要表现在计算机的主频越来越高。像前几年我们使用的都是286、386、主频只有几十兆。90年代初，集成电路集成度已达到100万门以上，从VLSI开始进入ULSI，即特大规模集成电路时期。而且由于RISC技术的成熟与普及，CPU性能年增长率由80年代的35%发展到90年代的60%。到后来出现奔腾系列，到现在已出现了奔腾4微处理器，主频达到2GHz以上。而且计算机向高的方面发展不仅是芯片频率的提高，而且是计算机整体性能的提高。目前世界上性能最高的通用计算机已采用上万台计算机并行，美国的ASCI计划已经完成每秒12。3万亿次并行机。目前正在研制30万亿次和100万亿次并行计算机。美国另一项计划的目标是2010年左右推出每秒一千万亿次并行计算机（Petaflops计算机），其处理机将采用超导量子器件，每个处理机每秒100亿次，共用10万个处理机并行。专用计算机的并行程度比通用机更高。另一个方向就是向“广”度方向发展，计算机发展的趋势就是无处不在，以至于像“没有计算机一样”。近年来更明显的趋势是网络化与向各个领域的渗透，即在广度上2020-1-7计算机导论论文-3-的发展开拓。未来，计算机也会像现在的马达一样，存在于家中的各种电器中。那时问你家里有多少计算机，你也数不清。你的笔记本，书籍都已电子化。包括未来的中小学教材，再过十几、二十几年，可能学生们上课用的不再是教科书，而只是一个笔记本大小的计算机，所有的中小学的课程教材，辅导书，练习题都在里面。不同的学生可以根据自己的需要方便地从中查到想要的资料。而且这些计算机与现在的手机合为一体，随时随地都可以上网，相互交流信息。所以有人预言未来计算机可能像纸张一样便宜，可以一次性使用，计算机将成为不被人注意的最常用的日用品。第三个方向是向“深”度方向发展，即向信息的智能化发展。网上有大量的信息，怎样把这些浩如烟海的东西变成你想要的知识，这是计算科学的重要课题，同时人机界面更加友好。目前计算机思维的方式与人类思维方式有很大区别，人机之间的间隔还不小。人类还很难以自然的方式，如语言、手势、表情与计算机打交道，计算机难用已成为阻碍计算机进一步普及的巨大障碍。随着nternet的普及，普通老百姓使用计算机的需求日益增长，这种强烈需求将大大促进计算机智能化方向的研究。近几年来计算机识别文字（包括印刷体、手写体）和口语的技术已有较大提高，已初步达到商品化水平，估计5-10年内手写和口语输入将逐步成为主流的输入方式。手势（特别是哑语手势）和脸部表情识别也已取得较大进展。使人沉浸在计算机世界的虚拟现实（VirtualReality）技术是近几年来发展较快的技术，21世纪将更加迅速的发展。在计算机对科学的影响方面，加州伯克利大学教授卡普经长期探索，提出了科学理论的算法性质的概念。数学和计算机科学的核心概念就是算法。算法，简而言之就是对计算的分步求解。它擅长描述动态过程，而科学公式或方程式适于静态现象。科学研究越来越多地探索动态过程，计算机科学就是算法的系统研究。计算机应用在当前发展最快的生物学领域尤其突出。卡普近年的研究已经超出计算机科学领域，进入到微生物领域。他认为，现在生物学已经被当作信息科学看待。科学家设法将生物过程，如蛋白质的生成用算法来描述，这“自然就是算法。”在社会网络方面，社会科学家早在技术网络出现之前就对其分析了数十年。随着因特网的出现，社会网络和技术网络不可避免地连接起来，社会网络也就可能发展到前所未有的规模。新的社会—技术网络包括电子邮件方式、商业网站(如Amazon)的购物推荐、通信网站(如MySpace和Facebook)的短信或小帖子，还有新闻、见解、时尚、都市神话、网络商品和服务等。计算机在处理速度、存储容量、网络化，以及软件的精巧化方面经过数十年的发展，已经以难以想象的方式渗入科学、商业和文化领域中，而智能工程又将令其从量变转向质的飞跃.计算功能日益变成模拟和执行。在科学领域，计算可以模拟气候变化，破解人类基因；在商业领域，低成本的计算、因特网和数字通信正在改变全球经济；在文化领域，计算类产品，如iPod、YouTube和计算机动画等无所不在。所以说在日后的生活当中，人们会越来越离不开计算机，计算机的发展在今后的日子里也必将带给人耳目一新的感觉！2010-12-26