《01计算机发展简史》

《计算机系统组成与安全》学生作业作业题目计算机发展简史学生李培然学号20150410103012学院信息工程学院班级15计算机3班任课教师郑卫华上交时间2015-10-11计算机发展简史计算机是人类发展史上一个极其重要的重要的产物，世界上第一台计算机是美国军方定制，专门为了计算弹道和射击特性表面而研制的，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成。1946年这台计算机主要元器件采用的是电子管。该机使用了1500个继电器，18800个电子管，占地170㎡，重量重达30多吨，耗电150KW，造价48万美元。开机时让周围居民暂时停电。这台计算机每秒能完成5000次加法运算，400次乘法运算，比当时最快的计算工具快300倍，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。用今天的标准看，它是那样的“笨拙”和“低级”，其功能远不如一只掌上可编程计算器，但它使科学家们从复杂的计算中解脱出来，它的诞生标志着人类进入了一个崭新的信息革命时代。[1]世界上第一台电子数字式计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)，是电子数值积分计算机(TheElectronicNumbericalIntergratorandComputer)的缩写。它使用了17468个真空电子管，耗电174千瓦，占地170平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。虽然它的功能还比不上今天最普通的一台微型计算机，但在当时它已是运算速度的绝对冠军，并且其运算的精确度和准确度也是史无前例的。以圆周率(π)的计算为例，中国的古代科学家祖冲之利用算筹，耗费15年心血，才把圆周率计算到小数点后7位数。一千多年后，英国人香克斯以毕生精力计算圆周率，才计算到小数点后707位。而使用ENIAC进行计算，仅用了40秒就达到了这个记录，还发现香克斯的计算中，第528位是错误的。ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元。有人将其称为人类第三次产业革命开始的标志。[2]ENIAC诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进。主要电子器件相继使用了，晶体管，中、小规模集成电路和大规模、超大规模集成电路，引起计算机的几次更新换代。每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。特别是体积小、价格低、功能强的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了办公室和家庭，在办公室自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。目前，计算机的应用已扩展到社会的各个领域。[3]电子计算机还在向以下四个方面发展：巨型化天文、军事、仿真等领域需要进行大量的计算，要求计算机有更高的运算速度、更大的存储量，这就需要研制功能更强的巨型计算机。微型化专用微型机已经大量应用于仪器、仪表和家用电器中。通用微型机已经大量进入办公室和家庭，但人们需要体积更小、更轻便、易于携带的微型机，以便出门在外或在旅途中均可使用计算机。应运而生的便携式微型机(笔记本型)和掌上型微型机正在不断涌现，迅速普及。网络化将地理位置分散的计算机通过专用的电缆或通信线路互相连接，就组成了计算机网络。网络可以使分散的各种资源得到共享，使计算机的实际效用提高了很多。计算机联网不再是可有可无的事，而是计算机应用中一个很重要的部分。人们常说的因特网(INTERNET，也译为国际互联网)就是一个通过通信线路联接、覆盖全球的计算机网络。通过因特网，人们足不出户就可获取大量的信息，与世界各地的亲友快捷通信，进行网上贸易等等。智能化目前的计算机已能够部分地代替人的脑力劳动，因此也常称为电脑。但是人们希望计算机具有更多的类似人的智能，比如：能听懂人类的语言，能识别图形，会自行学习等等，这就需要进一步进行研究。近年来，通过进一步的深入研究，发现由于电子电路的局限性，理论上电子计算机的发展也有一定的局限，因此人们正在研制不使用集成电路的计算机，例如：生物计算机、光子计算机、超导计算机等。[4]中国计算机发展历史: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联合研发的服务器专用主板，采用曙光LINUX操作系统，该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品，在国防、安全等部门将发挥重大作用。2003年，百万亿次数据处理超级服务器曙光4000L通过国家验收，再一次刷新国产超级服务器的历史纪录，使得国产高性能产业再上新台阶。曙光4000L是曙光4000超级计算机系列中的一员，是基于Linux的超级服务器系统,为当前国内最大的IDC数据处理主机，存储与处理能力均十分强大。就目前而言，整个4000L系统由40个机柜组成，现有644个CPU，每秒3万亿次峰值速度，644G内存，百万亿字节存储。另据专家介绍，该系统的可扩展性非常优秀，最大可“在线”扩展到80个机柜，1300个CPU，每秒6.75万亿次峰值速度。[5]微型计算机的换代，通常是按其CPU字长和功能来划分的。一、第一代(1971－1973)：4位或低档8位微处理器和微型机代表产品是美国Intel公司首先的4004微处理器以及由它组成的MCS-4微型计算机(集成度为1200晶体管/片)。随后又制成8008微处理器及由它组成的MCS-8微型计算机。第一代微型机就采用了PMOS工艺，基本指令时间约为10~20µS，字长4位或8位，指令系统比较简单，运算功能较差，速度较慢，系统结构仍然停留在台式计算机的水平上，软件主要采用机器语言或简单的汇编语言，其价格低廉。电子管为基本电子器件；使用机器语言和汇编语言；主要应用于国防和科学计算；运算速度每秒几千次至几万次。计算机主要用于科学计算。主存储器是决定计算机技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机进行分类。二、第二代(1974－1978)：中档的8位微处理器和微型机其间又分为两个阶段，1973-1978年为典型的第二代，以美国Intel公司的8080和Motorola公司的MC6800为代表，集成度提高1－2倍，(Intel8080集成度为4900管/片)，运算速度提高了一个数量级。1976-1978年为高档的8位微型计算机和8位单片微型计算机阶段，称之为二代半。高档8位微处理器，以美国ZILOG公司的Z80和Intel公司的8085为代表，集成度和速度都比典型的第二代提高了一倍以上(Intel8085集成度为9000管/片)。8位单片微型机以Intel8048/8748(集成度为9000管/片),MC6801,MOSTEKF81/3870,Z80等为代表，它们主要用于控制和智能仪器。总的来说，第二代微型机的特点是采用NMOS工艺，集成度提高1~4倍，运算速度提高10~15倍，基本指令执行时间约为1~2µS，指令系统比较完善，已具有典型的计算机系统结构以及中断、DMA等控制功能，寻址能力也有所增强，软件除采用汇编语言外，还配有BASIC，FORTRAN，PL/M等高级语言及其相应的解释程序和编译程序，并在后期开始配上操作系统。晶体管为主要器件；软件上出现了操作系统和算法语言；运算速度每秒几万次至几十万次。主存储器均采用磁心存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。三、第三代(1978－1981)：16位微处理器和微型机代表产品是Intel8086(集成度为29000管/片)，Z8000(集成度为17500管/片)和MC68000(集成度为68000管/片)。这些CPU的特点是采用HMOS工艺，基本指令时间约为0.05µS，从各个性能指标评价，都比第二代微型机提高了一个数量级，已经达到或超过中、低当小型机(如PDP11/45)的水平。这类16位微型机通常都具有丰富的指令系统，采用多级中断系统、多重寻址方式、多种数据处理形式、段式寄存器结构、乘除运算硬件，电路功能大为增强，并都配备了强有力的系统软件。普遍采用集成电路；体积缩小；运算速度每秒几十万次至几百万次。在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应用，计算机系统中开始出现固件子系统。新一代计算机是把信息采集存储处理、通信和人工智能结合在一起的智能计算机系统。它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，将能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。以大规模集成电路为主要器件；运算速度每秒几百万次至上亿次。四、第四代(1985年以后)：32位高档微型机随着科学技术的突飞猛进，计算机应用的日益广泛，现代社会对计算机的依赖已经越来越明显。原来的8位、16位机已经不能满足广大用户的需要，因此，1985年以后，Intel公司在原来的基础上又发展了80386和80486。其中，80386有工作主频达到25MHz，有32位数据线和24位地址线。以80386为CPU的COMPAQ386、AST386、IBMPS2/80等机种相继诞生。同时随着内存芯片的发展和硬盘技术的提高，出现了配置16MB内存和1000MB外存的微型机，微机已经成为超小型机，可执行多任务、多用户作业。由微型机