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阅读 6656 次 历史版本 3个 创建者:成事在人 (2010/3/14 6:28:46)  最新编辑:冰菊物语 (2013/10/31 9:15:52)
計算機
拼音:Jìsuàn Jī (Jisuan Ji)
英文:Computer
同义词条:电子计算机,电脑
計算機
                計算機
  計算機(Computer),或稱“電子計算機”,俗稱“電腦”。是一種能夠按照事先存儲的程序,自動、高速地進行大量數值計算和各種信息處理的現代化智能電子設備。由硬件軟件所組成,兩者是不可分割的。人們把沒有安裝任何軟件的計算機稱爲裸機。電子計算機分爲巨型計算機(又稱“超級計算機”)、大型計算機中型計算機小型計算機微型計算機

  在現代,機械計算機的應用已經完全被電子計算機所取代,因此電子計算機通常也直接簡稱爲計算機。其所相關的技術研究叫計算機科學。而“計算機技術”指的是將計算機科學的成果應用於工程實踐所派生的諸多技術性和經驗性成果的總合。“計算機技術”與“計算機科學”是兩個相關而又不同的概念,它們的不同在於前者偏重於實踐而後者偏重於理論。

  至於由數據爲核心的研究則稱爲信息技術。通常人們接觸最多的是個人電腦(PC)。

  計算機在組成上形式不一。早期計算機的體積足有一間房屋大小,而今天某些嵌入式計算機可能比一副撲克牌還小。當然,即使在今天,依然有大量體積龐大的巨型計算機爲特别的科學計算或面向大型組織的事務處理需求服務。比較小的,爲個人應用而設計的計算機稱爲微型計算機,簡稱微機。我們今天在日常使用“計算機”一詞時通常也是指此。不過,現在計算機最爲普遍的應用形式卻是嵌入式的。嵌入式計算機通常相對簡單,體積小,並被用來控制其它設備—無論是飛機,工業機器人還是數碼相機。

  上述對於電子計算機的定義包括了許多能計算或是隻有有限功能的特定用途的設備。然而當說到現代的電子計算機,其最重要的特征是,隻要給予正確的指示,任何一台電子計算機都可以模擬其他任何計算機的行爲(隻受限於電子計算機本身的存儲容量和執行的速度)。據此,現代電子計算機相對於早期的電子計算機也被稱爲通用型電子計算機。

歷史

 
  計算機的英文原詞“computer”是指從事數據計算的人。而他們往往都需要借助某些機械計算設備或模擬計算機。這些早期計算設備的祖先包括有算盤,以及可以追溯到公元前87年的被古希臘人用於計算行星移動的安提基特拉機器。隨着中世紀末期歐洲數學與工程學的再次繁榮,1623年德國博學家Wilhelm Schickard率先研制出了歐洲第一台計算設備,這是一個能進行六位以内數加減法,並能通過鈴聲輸出答案的“計算鍾”。使用轉動齒輪來進行操作。

  1642年法國數學家布萊士·帕斯卡在英國數學家William Oughtred所制作的“計算尺”的基礎上,將其加以改進,使能進行八位計算。還賣出了許多制品,成爲當時一種時髦的商品。

  1801年,法國人Joseph Marie Jacquard對織布機的設計進行改進,使用一系列打孔的紙卡片來作爲編織複雜圖案的程序。盡管這種被稱作“Jacquard式織布機”的機器並不被認爲是一台真正的計算機,但是其可編程性質使之被視爲現代計算機發展過程中重要的一步。

  查爾斯·巴比奇(Charles Babbage)於1820年構想和設計了第一台完全可編程計算機。但由於技術條件、經費限制,以及無法忍耐對設計不停的修補,這台計算機在他有生之年始終未能問世。約到19世紀晚期,許多後來被證明對計算機科學有着重大意義的技術相繼出現,包括打孔卡片以及真空管。德裔美籍統計學家Hermann Hollerith設計了一台制表用的機器,其中便應用打孔卡片來進行大規模自動數據處理。

  在20世紀前半葉,爲了迎合科學計算的需要,許多專門用途的、複雜度不斷增長的模擬計算機被研制出來。這些計算機都是用它們所針對的特定問題的機械或電子模型作爲計算基礎。20世紀三四十年代,計算機的性能逐漸強大並且通用性得到提升,現代計算機的關鍵特色被不斷地加入進來。

  1937年,年僅21歲的麻省理工學院研究生克勞德·香農(Claude Shannon)發表了他的偉大論文《對繼電器和開關電路中的符號分析》,文中首次提及數字電子技術的應用。他向人們展示了如何使用開關來實現邏輯和數學運算。此後,他通過研究萬尼瓦爾·布什的微分模擬器進一步鞏固了他的想法。這是一個標志着二進制電子電路設計和邏輯門應用開始的重要時刻,而作爲這些關鍵思想誕生的先驅,應當包括:Almon Strowger,他爲一個含有邏輯門電路的設備申請了專利;尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla),他早在1898年就曾申請含有邏輯門的電路設備;Lee De Forest,於1907年他用真空管代替了繼電器。

  沿着這樣一條上下求索的漫漫長途去定義所謂的“第一台電子計算機”可謂相當困難。1941年5月12日,德國工程師Konrad Zuse完成了他的圖靈完全機電一體計算機“Z3”,這是第一台具有自動二進制數學計算特色以及可行的編程功能的計算機,但還不是“電子”計算機。此外,其他值得注意的成就主要有:1941年夏天誕生的阿塔納索夫-貝瑞計算機是世界上第一台電子計算機,它使用了真空管計算器,二進制數值,可複用内存;在英國於1943年被展示的神祕的巨像計算機(Colossus computer),盡管編程能力極其有限,但是它使人們確信使用真空管既值得信賴,又能實現電氣化的再編程;哈佛大學的馬克一號;以及基於二進制的“埃尼阿克”(ENIAC,1944年),全稱“電子數值積分計算器”,這是第一台通用意圖的計算機,但由於其結構設計不夠彈性化,導致對它的每一次再編程都意味着要重新連接電氣物理線路。

  1940年代的第二次世界大戰中,爲訓練轟炸機飛行員,美國海軍曾向麻省理工學院探詢,是否能夠開發出一款可以控制飛行模擬器的計算機。軍方當初的設想隻是希望通過該計算機將飛行員模擬操作產生的數據實時反映到儀表盤上。與之前的模擬設備不同,軍方要求該計算機應基於空氣動力學設計,與實物無限接近,以便進行各種航空訓練。於是麻省理工創造了鏇風工程,其制造出了世界上第一台能夠實時處理資料的“鏇風電腦”,並發明了磁芯存儲器。這爲個人電腦的發展做出了歷史性的貢獻。

  開發埃尼阿克的小組針對其缺陷又進一步完善了設計,並最終呈現出今天我們所熟知的馮·諾伊曼結構(程序存儲體系結構)。這個體系是當今所有計算機的基礎。20世紀40年代中晚期,大批基於此一體系的計算機開始被研制,其中以英國最早。盡管第一台研制完成並投入運轉的是“小規模實驗機”(Small-Scale Experimental Machine,SSEM),但真正被開發出來的實用機很可能是EDSAC。

  在整個20世紀50年代,真空管計算機居於統治地位。1958年9月12日在後來英特爾的創始人、Robert Noyce的領導下,發明了集成電路。不久又推出了微處理器。1959年到1964年間設計的計算機一般被稱爲第二代計算機。

  到了60年代,晶體管計算機將其取而代之。晶體管體積更小,速度更快,價格更加低廉,性能更加可靠,這使得它們可以被商品化生產。1964年到1972年的計算機一般被稱爲第三代計算機。大量使用集成電路,典型的機型是IBM360系列。

  到了70年代,集成電路技術的引入極大地降低了計算機生產成本,計算機也從此開始走向千家萬戶。1972年以後的計算機習慣上被稱爲第四代計算機。基於大規模集成電路,及後來的超大規模集成電路。1972年4月1日 INTEL推出8008微處理器。1976年,史蒂夫·喬布斯(Stephen Jobs)和斯蒂夫·沃茲尼亞克(Stephen Wozinak)創辦蘋果計算機公司。並推出其 Apple I 計算機。1977年5月Apple II 型計算機發布。1979年6月1日 INTEL 發布了8位元的8088微處理器。

  1982年, 微電腦開始普及,大量進入學校和家庭。1982年1月Commodore 64計算機發布,價格595美元。1982年2月80286發布。時鍾頻率提高到20MHz,並增加了保護模式,可訪問16M内存。支持1GB以上的虛擬内存。每秒執行270萬條指令,集成了134000個晶體管。

  1990年11月,微軟發布第一代MPC(Multimedia PC,多媒體個人電腦標准):處理器至少爲80286/12MHz(後來增加到80386SX/16MHz),有光驅,傳輸率不少於150 KB/sec。1994年10月10日Intel發布75MHzPentium處理器。1995年11月1日,Pentium Pro發布。主頻可達200MHz,每秒鍾完成4.4億條指令,集成了550萬個晶體管。1997年1月8日Intel發布Pentium MMX,對游戲和多媒體功能進行了增強。

  此後計算機的變化日新月異,1965年發表的摩爾定律不斷被應證,預測在未來10—15年仍依然適用。

原理

 
筆記本電腦
           筆記本電腦
  盡管計算機技術自20世紀40年代第一台電子通用計算機誕生以來以來有了令人目眩的飛速發展,但是今天計算機仍然基本上采用的是存儲程序結構,即馮·諾伊曼結構。這個結構實現了實用化的通用計算機。

  存儲程序結構間將一台計算機描述成四個主要部分:算術邏輯單元(ALU),控制電路,存儲器,以及輸入輸出設備(I/O)。這些部件通過一組一組的排線連接(特别地,當一組線被用於多種不同意圖的數據傳輸時又被稱爲總線),並且由一個時鍾來驅動(當然某些其他事件也可能驅動控制電路)。

  概念上講,一部計算機的存儲器可以被視爲一組“細胞”單元。每一個“細胞”都有一個編號,稱爲地址;又都可以存儲一個較小的定長信息。這個信息既可以是指令(告訴計算機去做什麼),也可以是數據(指令的處理對象)。原則上,每一個“細胞”都是可以存儲二者之任一的。

  算術邏輯單元(ALU)可以被稱作計算機的大腦。它可以做兩類運算:第一類是算術運算,比如對兩個數字進行加減法。算術運算部件的功能在ALU中是十分有限的,事實上,一些ALU根本不支持電路級的乘法和除法運算(由是使用者隻能通過編程進行乘除法運算)。第二類是比較運算,即給定兩個數,ALU對其進行比較以確定哪個更大一些。[2]

  輸入輸出系統是計算機從外部世界接收信息和向外部世界反饋運算結果的手段。對於一台標准的個人電腦,輸入設備主要有鍵盤和鼠標,輸出設備則是顯示器、打印機以及其他許多後文將要討論的可連接到計算機上的I/O設備。

  控制系統將以上計算機各部分聯繫起來。它的功能是從存儲器和輸入輸出設備中讀取指令和數據,對指令進行解碼,並向ALU交付符合指令要求的正確輸入,告知ALU對這些數據做哪些運算並將結果數據返回到何處。控制系統中一個重要組件就是一個用來保持跟蹤當前指令所在地址的計數器。通常這個計數器隨着指令的執行而累加,但有時如果指令指示進行跳轉則不依此規則。

  20世紀80年代以來ALU和控制單元(二者合稱中央處理器,即CPU)逐漸被整合到一塊集成電路上,稱作微處理器。這類計算機的工作模式十分直觀:在一個時鍾周期内,計算機先從存儲器中穫取指令和數據,然後執行指令,存儲數據,再穫取下一條指令。這個過程被反複執行,直至得到一個終止指令。

  由控制器解釋,運算器執行的指令集是一個精心定義的數目十分有限的簡單指令集合。一般可以分爲四類:1)、數據移動(如:將一個數值從存儲單元A拷貝到存儲單元B)2)、數邏運算(如:計算存儲單元A與存儲單元B之和,結果返回存儲單元C)3)、條件驗證(如:如果存儲單元A内數值爲100,則下一條指令地址爲存儲單元F)4)、指令序列改易(如:下一條指令地址爲存儲單元F)

  指令如同數據一樣在計算機内部是以二進制來表示的。比如說,10110000就是一條Intel x86系列微處理器的拷貝指令代碼。某一個計算機所支持的指令集就是該計算機的機器語言。因此,使用流行的機器語言將會使既成軟件在一台新計算機上運行得更加容易。所以對於那些機型商業化軟件開發的人來說,它們通常隻會關注一種或幾種不同的機器語言。

  更加強大的小型計算機,大型計算機和服務器可能會與上述計算機有所不同。它們通常將任務分擔給不同的CPU來執行。今天,微處理器和多核個人電腦也在朝這個方向發展。

  超級計算機通常有着與基本的存儲程序計算機顯著區别的體系結構。它們通常有着數以千計的CPU,不過這些設計似乎隻對特定任務有用。在各種計算機中,還有一些微控制器采用令程序和數據分離的哈佛架構(Harvard architecture)。

應用

 
  起初,體積龐大而價格昂貴的數字計算機主要是用做執行科學計算,特别是軍用課題。如ENIAC最早就是被用作火炮彈計算和設計氫彈時計算斷面中子密度的(如今許多超級計算機仍然在模擬核試驗方面發揮着巨大作用)。澳大利亞設計的首台存儲程序計算機CSIR Mk I型負責對水電工程中的集水地帶的降雨情形進行評估。還有一些被用於解密,比如英國的“巨像”可編程計算機。除去這些早年的科學或軍工應用,計算機在其他領域的推廣亦十分迅速。

  從一開始,存儲程序計算機就與商業問題的解決息息相關。早在IBM的第一台商用計算機誕生之前,英國J. Lyons等就設計制造了LEO以進行資產管理或迎合其他商業用途。由於持續的體積與成本控制,計算機開始向更小型的組織内普及。加之20世紀70年代微處理器的發明,廉價計算機成爲了現實。80年代,個人計算機全面流行,電子文檔寫作與印刷,計算預算和其他重複性的報表作業越來越多地開始依賴計算機。

  隨着計算機便宜起來,創作性的藝術工作也開始使用它們。人們利用合成器,計算機圖形和動畫來創作和修改聲音,圖像,視頻。視頻游戲的產業化也說明了計算機在娛樂方面也開創了新的歷史。

  計算機小型化以來,機械設備的控制也開始仰仗計算機的支持。其實,正是當年爲了建造足夠小的嵌入式計算機來控制阿波羅1號才刺激了集成電路技術的躍進。今天想要找一台不被計算機控制的有源機械設備要比找一台哪怕是部分計算機控制的設備要難得多。可能最著名的計算機控制設備要非機器人莫屬,這些機器有着或多或少人類的外表和並具備人類行爲的某一子集。在批量生產中,工業機器人已是尋常之物。不過,完全的擬人機器人還隻是停留在科幻小說或實驗室之中。

  機器人技術實質上是人工智能領域中的物理表達環節。所謂人工智能是一個定義模糊的概念但是可以肯定的是這門學科試圖令計算機擁有目前它們還沒有但作爲人類卻固有的能力。數年以來,不斷有許多新方法被開發出來以允許計算機做那些之前被認爲隻有人才能做的事情。比如讀書、下棋。然而,到目前爲止,在研制具有人類的一般“整體性”智能的計算機方面,進展仍十分緩慢。

網絡、國際互聯網

  20世紀50年代以來計算機開始用作協調來自不同地方之信息的工具,美國軍方的賢者系統(SAGE)就是這方面第一個大規模系統。之後“軍刀”等一系列特殊用途的商業系統也不斷湧現出來。

  70年代後,美國各大院校的計算機工程師開始使用電信技術把他們的計算機連接起來。由於這方面的工作得到了ARPA的贊助,其計算機網絡也就被稱爲ARPANET。此後,用於ARPA網的技術快速擴散和進化,這個網絡也沖破大學和軍隊的範圍最終形成了今天的國際互聯網(Internet)。網絡的出現導致了對計算機屬性和邊界的再定義。太陽微系統公司的John Gage 和 Bill Joy就指出:“網絡即是計算機”。計算機操作系統和應用程序紛紛向能訪問諸如網内其它計算機等網絡資源的方向發展。最初這些網絡設備僅限於爲高端科學工作者所使用,但90年代後隨着電子郵件和萬維網(World Wide Web)技術的擴散,以及以太網和ADSL等網絡連接技術的廉價化,互聯網絡已變得無所不在。今日入網的計算機總數,何以千萬計;無線互聯技術的普及,使得互聯網在移動計算環境中亦如影隨形。比如在筆記本計算機上廣泛使用的Wi-Fi技術就是無線上網的代表性應用。

類型

仿生的生物計算機

計算機
                計算機
  生物計算機的主要原材料是生物工程技術產生的蛋白質分子,並以此作爲生物芯片,利用有機化合物存儲數據。在這種芯片中,信息以波的形式傳播,當波沿着蛋白質分子鏈傳播時,會引起蛋白質分子鏈中單鍵、雙鍵結構顺序的變化,例如一列波傳播到分子鏈的某一部位,它們就像硅芯片集成電路中的載流子那樣傳遞信息。運算速度要比當今最新一代計算機快10萬倍,它具有很強的抗電磁幹擾能力,並能徹底消除電路間的幹擾。能量消耗僅相當於普通計算機的十億分之一,且具有巨大的存儲能力。由於蛋白質分子能夠自我組合,再生新的微型電路,使得生物計算機具有生物體的一些特點,如能發揮生物本身的調節機能,自動修複芯片上發生的故障,還能模仿人腦的機制等。

  生物計算機的優越性是十分誘人的,現在世界上許多科學家在研制它,不少科學家認爲,50年前的真空電子管,有誰會想到今天的電子計算機能風靡全球;當前的生物計算機正在靜悄悄地研制着,有朝一日出現在科技舞台上,就有可能徹底實現現有計算機無法實現的人類右腦的模糊處理功能和整個大腦的神經網絡處理功能。

二進制的非線性量子計算機

  據美國IBM公司科學家伊薩克、張介紹,量子計算機是利用原子所具有的量子特性進行信息處理的一種全新概念的計算機。量子理論認爲,非相互作用下,原子在任一時刻都處於兩種狀態,稱之爲量子超態。原子會鏇轉,即同時沿上、下兩個方向自鏇,這正好與電子計算機0與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起,它們不會像電子計算機那樣進行的線性運算,而是同時進行所有可能的運算,例如量子計算機處理數據時不是分步進行而是同時完成。隻要40個原子一起計算,就相當於今天一台超級計算機的性能。量子計算機以處於量子狀態的原子作爲中央處理器和内存,其運算速度可能比目前的奔騰4芯片快10億倍,就像一枚信息火箭,在一瞬間蒐尋整個互聯網,可以輕易破解任何安全密碼,黑客任務輕而易擧,難怪美國中央情報局對它特别感興趣。
 

光子計算機

  1990年初,美國貝爾實驗室制成世界上第一台光子計算機。光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。光子計算機的基本組成部件是集成光路,要有激光器、透鏡和核鏡。由於光子比電子速度快,光子計算機的運行速度可高達一萬億次。它的存貯量是現代計算機的幾萬倍,還可以對語言、圖形和手勢進行識别與合成。目前,許多國家都投入巨資進行光子計算機的研究。隨着現代光學與計算機技術、微電子技術相結合,在不久的將來,光子計算機將成爲人類普遍的工具。

  光子計算機與電子計算機相比,主要具有以下優點:

  1.超高速的運算速度。光子計算機並行處理能力強,因而具有更高的運算速度。電子的傳播速度是593km/s,而光子的傳播速度卻達3×10^5km/s,對於電子計算機來說,電子是信息的載體,它隻能通過一些相互絕緣的導線來傳導,即使在最佳的情況下,電子在固體中的運行速度也遠遠不如光速,盡管目前的電子計算機運算速度不斷提高,但它的能力極限還是有限的;此外,隨着裝配密度的不斷提高,會使導體之間的電磁作用不斷增強,散發的熱量也在逐漸增加,從而制約了電子計算機的運行速度;而光子計算機的運行速度要比電子計算機快得多,對使用環境條件的要求也比電子計算機低得多。

  2.超大規模的信息存儲容量。與電子計算機相比,光子計算機具有超大規模的信息存儲容 量。光子計算機具有極爲理想的光輻射源——激光器,光子的傳導是可以不需要導線的,而且即使在相交的情況下,它們之間也不會產生絲毫的相互影響。光子計算機無導線傳遞信息 的平行通道,其密度實際上是無限的,一枚五分硬幣大小的枚鏡,它的信息通過能力竟是全世界現有電話電纜通道的許多倍。

  3.能量消耗小,散發熱量低,是一種節能型產品。光子計算機的驅動,隻需要同類規格的電子計算機驅動能量的一小部分,這不僅降低了電能消耗,大大減少了機器散發的熱量,而且爲光子計算機的微型化和便擕化研制,提供了便利的條件。科學家們正試驗將傳統的電子轉換器和光子結合起來,制造一種“雜交”的計算機,這種計算機既能更快地處理信息,又能克服巨型電子計算機運行時内部過熱的難題。

  目前,光子計算機的許多關鍵技術,如光存儲技術、光互連技術、光電子集成電路等都已經穫得突破,最大幅度地提高光子計算機的運算能力是當前科研工作面臨的攻關課題。光子計算機的問世和進一步研制、完善,將爲人類跨向更加美好的明天,提供無窮的力量。  
 

混合型計算機

  混合計算機(hybrid computer)可以進行數字信息和模擬物理量處理的計算機系統。混合計算機通過數模轉換器和模數轉換器將數字計算機和模擬計算機連接在一起,構成完整的混合計算機系統。混合計算機一般由數字計算機、模擬計算機和混合接口三部分組成,其中模擬計算機部分承擔快速計算的工作,而數字計算機部分則承擔高精度運算和數據處理。混合計算機同時具有數字計算機和模擬計算機的特點:運算速度快、計算精度高、邏輯和存儲能力強、存儲容量大和仿真能力強。隨着電子技術的不斷發展,混合計算機主要應用於航空航天、導彈系統等實時性的複雜大系統中。

  在混合計算機上操作時,來自模擬計算機的模擬變量通過模數轉換器轉換爲數字變量,傳送至數字計算機。同時,來自數字計算機的數字變量通過數模轉換器轉換爲模擬信號,傳送至模擬計算機。除了計算變量的轉換和傳送外,還有邏輯信號和控制信號的傳送。用以完成並行運算的模擬計算機和串行運算的數字計算機在時間上同步。數字計算機每完成一幀運算,就與模擬計算機交換一次信息,修正一次數據,而在兩次信息交換的時間間隔(幀)内,兩種計算機都以前一幀的計算結果作爲初值進行運算。這個時間間隔稱爲幀同步時間。對混合程序的設計,要求用戶考慮模型在不同計算機上的分配、對幀同步時間的選擇以及對連接系統硬件特性的了解等。

  現代混合計算機已發展成爲一種具有自動編排模擬程序能力的混合多處理機系統。它包括一台超小型計算機、一兩台外圍陣列處理機、幾台具有自動編程能力的模擬處理機;在各類處理機之間,通過一個混合智能接口完成數據和控制信號的轉換與傳送。這種系統具有很強的實時仿真能力,但價格昂貴。  
 

智能型計算機

  智能計算機(intelligent computers)迄今未有公認的定義 。計算理論的奠基人之一 A. 圖靈定義計算機爲處理離散量信息的數字計算機。而對數字計算機能不能模擬人的智能這一原則問題,存在截然對立的看法。1937年A.丘奇和圖靈分别獨立地提出關於人的思維能力與遞歸函數的能力等價的假說。這一未被證明的假說後來被一些人工智能學者表述爲:如果一個可以提交給圖靈機的問題不能被圖靈機解決,則這個問題用人類的思維也不能解決。這一學派繼承了以邏輯思維爲主的唯理論與還原論的哲學傳統,強調數字計算機模擬人類思維的巨大潛力。另一些學者,如H.德雷福斯等哲學家肯定地認爲以圖靈機爲基礎的數字計算機不能模擬人的智能。他們認爲數字計算機隻能做形式化的信息處理,而人的智能活動不一定能形式化,也不一定是信息處理,不能把人類理智看成是由離散、確定的與環境局勢無關的規則支配的運算。這一學派原則上不否認用接近於人腦的材料構成智能機的可能性,但這種廣義的智能機不同於數字計算機。還有些學者認爲不管什麼機器都不可能模擬人的智能,但更多的學者相信大腦中大部分活動能用符號和計算來分析。必須指出,人們對於計算的理解在不斷加深與拓寬。有些學者把可以實現的物理過程都看成計算過程。基因也可以看成開關,一個細胞的操作也能用計算加以解釋,即所謂分子計算。從這種意義講,廣義的智能計算機與智能機器或智能機範疇幾乎一樣。
 

單片型計算機

  單片計算機(single-chip computer)是指將計算機的主要部件制作在一個集成芯片上的微型計算機。單片計算機又稱爲單片機或微控制器,從20世紀70年代開始,出現了4位單片計算機和8位單片計算機,20世紀80年代出現16位單片機,性能得到很大的提升,20世紀90年代又出現了32位單片機和使用FLASH存儲的微控制器。由於單片機的集成度高,所以單片計算機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點,被廣泛應用於智能儀器儀表的制造、通過構造應用系統應用於工業控制、家用智能電器的制造、網絡通訊設備的使用和醫療衛生行業。
 

計算機各代特點

第一代計算機第一代(1946~1958):電子管數字計算機

計算機
                計算機
  計算機的邏輯元件采用電子管,主存儲器采用汞延遲線、磁鼓、磁芯;外存儲器采用磁帶;軟主要采用機器語言、匯編語言;應用以科學計算爲主。其特點是體積大、耗電大、可靠性差、價格昂貴、維修複雜,但它奠定了以後計算機技術的基礎。
 

第二代(1958~1964):晶體管數字計算機

  晶體管的發明推動了計算機的發展,邏輯元件采用了晶體管以後,計算機的體積大大縮小,耗電減少,可靠性提高,性能比第一代計算機有很大的提高。主存儲器采用磁芯,外存儲器已開始使用更先進的磁盤;軟件有了很大發展,出現了各種各樣的高級語言及其編譯程序,還出現了以批處理爲主的操作系統,應用以科學計算和各種事務處理爲主,並開始用於工業控制。
 

第三代(1964~1971):集成電路數字計算機

  20世紀60年代,計算機的邏輯元件采用小、中規模集成電路(SSI、MSI),計算機的體積更小型化、耗電量更少、可靠性更高,性能比第十代計算機又有了很大的提高,這時,小型機也蓬勃發展起來,應用領域日益擴大。主存儲器仍采用磁芯,軟件逐漸完善,分時操作系統、會話式語言等多種高級語言都有新的發展。

第四代(1971年以後):大規模集成電路數字計算機

  計算機的邏輯元件和主存儲器都采用了大規模集成電路(LSI)。所謂大規模集成電路是指在單片硅片上集成1000~2000個以上晶體管的集成電路,其集成度比中、小規模的集成電路提高了1~2個以上數量級。這時計算機發展到了微型化、耗電極少、可靠性很高的階段。大規模集成電路使軍事工業、空間技術、原子能技術得到發展,這些領域的蓬勃發展對計算機提出了更高的要求,有力地促進了計算機工業的空前大發展。隨着大規模集成電路技術的迅速發展,計算機除了向巨型機方向發展外,還朝着超小型機和微型機方向飛越前進。1971年末,世界上第一台微處理器和微型計算機在美國舊金山南部的硅穀應運而生,它開創了微型計算機的新時代。此後各種各樣的微處理器和微型計算機如雨後春筍般地研制出來,潮水般地湧向市場,成爲當時首屈一指的暢銷品。這種勢頭直至今天仍然方興未艾。特别是IBM-PC系列機誕生以後,幾乎一統世界微型機市場,各種各樣的兼容機也相繼問世。
 

下一代計算機

  自問世以來數字計算機在速度和能力上有了可觀的提升,迄今仍有不少課題顯得超出了當前計算機的能力所及。對於其中一部分課題,傳統計算機是無論如何也不可能實現的,因爲找到一個解決方法的時間還趕不上問題規模的擴展速度。因此,科學家開始將目光轉向生物計算技術和量子理論來解決這一類問題。比如,人們計劃用生物性的處理來解決特定問題(DNA計算)。由於細胞分裂的指數級增長方式,DNA計算系統很有可能具備解決同等規模問題的能力。當然,這樣一個系統直接受限於可控制的DNA總量。

  量子計算機,顧名思義,利用了量子物理世界的超常特性。一旦能夠造出量子計算機,那麼它在速度上的提升將令一般計算機難以望其項背。當然,這種涉及密碼學和量子物理模擬的下一代計算機還隻是停留在構想階段。
 

計算機產業


  計算機產業包括兩大部門,即計算機制造業和計算機服務業。後者又稱爲信息處理產業或信息服務業。計算機產業是一種省能源、省資源、附加價值高、知識和技術密集的產業,對於國民經濟的發展、國防實力和社會進步均有巨大影響。因此,不少國家采取促進計算機產業興旺發達的政策。

       計算機制造業包括生產各種計算機系統、外圍設備終端設備,以及有關裝置、元件、器件和材料的制造。計算機作爲工業產品,要求產品有繼承性,有很高的性能-價格比和綜合性能。計算機的繼承性特别體現在軟件兼容性方面,這能使用戶和廠家把過去研制的軟件用在新產品上,使價格很高的軟件財富繼續發揮作用,減少用戶再次研制軟件的時間和費用。提高性能-價格比是計算機產品更新的目標和動力。

       計算機制造業提供的計算機產品,一般僅包括硬件子系統和部分軟件子系統。通常,軟件子系統中缺少適應各種特定應用環境的應用軟件。爲了使計算機在特定環境中發揮效能,還需要設計應用系統和研制應用軟件此外,計算機的運行和維護,需要有掌握專業知識的技術人員,這常常是一股用戶所作不到的。

      針對這些社會需要,一些計算機制造廠家十分重視向用戶提供各種技術服務和銷售服務。一些獨立於計算機制造廠家的計算機服務機構,也在50年代開始出現。到60年代末期,計算機服務業在世界範圍内已形成爲獨立的行業。




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