【2017年整理】计算机的更新换代

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1、计算机的更新换代 第二次世界大战中，美国陆军出于军事上的目的与宾夕法尼亚大学莫尔学院签定了研制计算炮弹弹道轨迹的高速计算机的合同。在莫克利教授、埃克特博士带领下的研制小组，经过 近三年的艰苦奋战，耗 资 48 万美元， 终于在 1945 年底研制成功世界上第一台电子计算机，取名 ENIAC（埃尼亚克）。看上去它是一个庞然大物，总重量约 30 t，长 30 m，占地 170 m2，它的耗 电量也是惊人的，功率为 150 kW，它的运算速度是每秒 5 000 次，共用了 18000 多个电子管， 70000多个电阻， 10000 个电容。工作时，常常因 为电子管的 烧坏而不得不停机维修；尽管如此，

2、在人类计算工具的 发展史上，它仍然是一座不朽的里程碑。自它以后，人类在智力解放的道路上开始突飞猛进。从第一台电子管计算机到现在，不过短短的 50 多年，无论是运算速度、 处理能力，还 是存储容量都发生了人们难以预料的巨大变化。仅从 70 年代微型计算机出现到现在，其性能已提高数千倍，而价格降低了上万倍。计算机更新换代的速度是人们难以预料的。一、第一代计算机50 年代是计算机研制的第一个高潮时期，那时的计算机中的主要元器件都是用电子管制成的，后人将用 电子管制作的计算机称为第一代计算机。这个时期的计算机发展有三个特点：即由军用扩展至民用，由实验室开发转入工业化生产，同时由科学计算扩展到数据和事务

3、处理。以“埃尼亚克 ”为代表，一批计算机迅速推向市场，形成了第一代计算机族。在这一时期，美籍匈牙利科学家冯诺伊曼提出了“ 程序存储” 的概念，其基本思想是把一些常用的基本操作都制成电路，每一个这样的操作都用一个数代表，于是这个数就可以指令计算机执行某项操作。程序员根据解题的要求，用这些数来编制程序，并把程序同数据一起放在计算机的内存储器里。当计算机运行时，它可以依次以很高的速度从存储器中取出程序里的一条条指令，逐一予以执行，以完成全部计算的各项操作，它自动从一个程序指令进到下一个程序指令，作业顺序通过“条件转 移” 指令自动 完成。 “程序存储” 使全部计算成为真正的自动过程，它的出现被誉为电

4、子计算机史上的里程碑，而这种类型的计算机被人们称为“ 冯 诺伊曼机”。第一代计算机的主要特点是：采用电子管作基础元件；使用汞延迟线作存储设备，后来逐渐过渡到用磁芯存储器；输入、 输出设备 主要是用穿孔卡片，用 户使用起来很不方便；系统软件还非常原始，用户必须掌握用类似于二进制机器语言进行编程的方法。二、第二代计算机采用了性能优异的晶体管代替电子管为逻辑元件。晶体管的寿命长、速度快、体积小、重量轻、省电，用它来做基 础元件，使计算机结构和性能都产生了质的变化。它的计算速度达到了每秒几万到几十万次。磁记录设备的应用是第二代计算机的又一个特点。主存储器用磁芯，外存储器用磁鼓，主存储器的容量从几千字节

5、提高到 10 万字节。与此同时，现代计算机体系结构中的许多具有深远意义的特性相继出现，例如字节、批 处理、浮点数据表示、 变址寄存器、中断、输入、输出处理机等。程序系统也发展得非常快。提出了高级语言及其编译程序的思想，出现了ALGOL、FORTRAN、COBOL 等高级语言，使计算机的总体性能大大提高。IBM公司的巴库斯领导设计的 FORTRAN 语言至今仍在广泛使用。1958 年，麦卡锡发明了用于编制人工智能程序的 Lisp 语言；霍普博士 领导的小组也推出了面向商业事务处理的 COBOL 语言，并 设计了实用化的编译软件，使得计算机能够自动地实现高级语言到机器语言的转换。在这之后的几十年里

6、，人们发明的成百上千种语言几乎都是由上述几种语言衍生出来的。第二代计算机在出版、航空订票、商务管理等方面已开始出现初步的应用成果，拉开了计算机广泛应用的序幕。我国的第二代计算机推出的时间不比发达国家晚多少，从 1964 年起，我国相继研制成功了一批晶体管计算机，其中包括 109 机，DJS 机和 441B 机，性能在每秒 1 万次到 10 万次之间， 为我国的“两弹一星”立下了汗马功劳。三、第三代计算机1958 年，当第二代计算机刚刚开始批量生产的时候，美国 TI 公司制出了第一块半导体集成电路，并在 3 年后研制成功第一台试验性的集成电路计算机。集成电路将众多晶体管、电阻、电容等元件集成在一

7、块 薄薄的硅片上，集成 电路使计算机的体积、可靠性、速度、功能、成本等方面都有了大幅度的改善。它的体积比晶体管计算机又缩小了 100 倍以上，中型的有写字台那么大，小的只有打字机那么大，它的运算速度和内存容量比第二代计算机提高了一个数量级，分别达到每秒上千万次和十几万字节，能价格比大幅度下降，通用性提高，软件支持成倍增加，有利推动了计算机的普及。在体系结构上，第三代计算机的最大特点是采用了微程序设计技术，在设计思想上，明确了一台计算机的研制，首先必须建立它的体系结构，明确 软、硬件界面，继 而在其上面研究软 件的设计，在其下面 尝试 各种工艺和工程实现新技术。这个时期，系统软件和应用 软件都有

8、很大的发展，随着功能增多， 软件规模急剧扩大，使大部分机器系列兼容。在存储技术方面，出现了速度更快、更可靠的半导体存储器，代替磁芯存储器。外存 储器用磁盘代替了磁鼓。在应用方式上广泛发展了多用户自动分时系统并开始建立计算机网络。四、第四代计算机根据摩尔定律，微电子技术以惊人的速度(每 18 个月性能翻番)向前发展，大规模、超大规模集成电路( 单芯片上几万几十万个晶体管)出现，导致计算机的发展进入第四代。1978 年以后，16 位微处理器相继 出现，微型 计算机达到一个新的高峰，典型的代表有 INTEL8086ZILOG 公司的 Z-8000 和 MOTOROLA 公司的 MC68000。INT

9、EL 公司不断推进着微处理器的革新。紧随 8086 之后，又研制成功了 80286。80386、80486、奔腾、奔 腾二代和奔腾三代。个人电脑（PC）不断更新换代，日益风靡世界。四代机比三代机，功能成量级增强，体积成量级缩小，价格成量级降低，使计算机形象不再是庞然大物，不再是高不可攀。并行与分布式处理技术的进步使计算机技术渗透到更多的领域和部门。传统的大型机体系结构和设计技术下移到中型机、小型机，IBM 大型机也借用大规模集成电路技术不断升级换代。中、小型机的性能超 过当年大型机，价格低廉，使其迅速普及。这一时期四代机技术加图形、 图像技 术的发展，推出了面向个人图形设计为主的新机型工作站，

10、一批公司因此而兴起，SUN 是其中的典型代表，还有著名的 SGI、HP 公司。计算机图形图像处 理技术发展为多媒体处理技术，大大推进了计算机应用的深度和广度。第四代计算机最显著特点是大规模集成电路和超大规模集成电路的运用。大规模集成电路的采用，使得 计算机向微型化发展，计算机不但可以放在办公桌上，而且可以放在手提包里，甚至衣服的口袋里，而其功能却大大增强，可靠性大大提高，而价格却大大下降，一般家庭就可以买得起。第四代计算机在语言和操作系统方面发展尤快。形成了软件工程，建立了数据库，出现了大量工具软件。在应用方面，第四代 计 算机全面建立了计算机网络，实现了计算机之间的相互信息交流。多媒体技术崛

11、起，计算机集图形、 图像、声音、文字处理于一体。第四代计算机通过超线程技术（简称 HTT 技术），使处理器的性能得到很大提高。超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单 个处理器都能使用 线程级并行计算，从而兼容多线程操作系统和软件，提高处理器的性能。超线程技 术的出现打破了原来性能竞争集中在缓存和频率的局面，变成了缓存、频率和线程技术三足鼎立的局面。Intel 公司在 2002 年岁末采用超线程技术的处理器再一次打破了主频的世界纪录，达到了 3.06GHz。 从第一代到第四代，计算机的体系结构都是相同的，即都由控制器、存 储器、运算器和输入、输出设备组 成，称

12、为冯诺依曼体系 结构。五、第五代计算机1981 年,日本东京召开了一次第五代计算机智能计算机研讨会,随后制定出研制第五代计算机的长期计划。第五代计算机是一种更接近人的人工智能计算机。在系统设计中考虑 了编制知识库管理软件和推理机，机器本身能根据存储的知识进行判断和推理，同 时，多媒体技 术得到广泛 应用, 它能理解人的语言，文字和图形，人无需编写程序，靠讲话就能对计算机下达命令，驱使它工作。使人们能用语音、图像、视频等更自然的方式与计算机 进行信息交互。它能将一种知识信息与有关的知识信息连贯起来，作为对某一知识领域具有渊博知识的专家系统，成 为人们从事某方面工作的得力助手和参谋。第五代计算机还

13、是能思考 的计 算机，能帮助人 进 行推理、判断，具有 逻辑思维能力。其硬件系统支持高度并行和快速推理，其软件系 统能够处理知识信息。神经网络计算机（也称神经计算机）是智能计算机的重要代表。第五代计算机的发展趋势表现为巨型化、微型化、网络化、智能化、开放、集成和高性能（高速）。巨型化指发展高速、大存 储容量和 强功能的超大型计算机。这不仅是适应各种尖端科学的需要，以及探索新兴学科的要求，也是为了能让计算机具有人脑学习、推理的复 杂功能。微型化是因大规模集成电路的出现而发展最迅速的技术之一。因为微型机可渗透到中小型机所无法进入的各种领域，因此自 80 年代以来发展迅速， 预计性能指标将成百倍提高

14、。网络化是计算机技术发展中崛起的又一重要分支，是现代通信技术与计算机技术结合的产物。近年来，研制、应 用计算机网络的热 潮正在形成。智能化是 对计 算机专家和控制理论专家们极富吸引力的研究方向，也是第五代计算机要实现的目标。让计算机来模拟人的感觉、行 为、思维过程的机理，使 计算机具备人的各种能力形成智能型、超智能型的计算机，几十年来的科学幻想正在变成现实，它表现在网络的传输和处理上能向用户提供更为方便、友好的应用接口；在路由选择、拥塞控制和网络管理等方面显示出更强的主动性，尤其是主动网络（Active Network）的研究，使得网络内执行的计算能动态地变化，该变化可以是“用户指定”或“应用

15、指定” ，且用户数据可以利用这些计算。网络层操作是基于所获得的程序编码和计算环境而不是典型的 IP 服务所提供的标准分组格式和固定 编码，这种探讨不仅仅是为了增加网络计算的灵活性，而是试图允许应用控制网络服务，促进建立一个“移动网关” （如用于无线网）。开放性是指开放的体系结构，开放的接口标准，使各种异构系统便于互联和具有高度的互可操作性，归根结底是标准化问题。集成化表现在各种服务和多媒体应用的高度集成，在同一个网络上，允许各种消息传递；既能提供单点传输，也能提供多点投递；既能提供尽力而为的无特殊服务质量要求的信息传递，也能提供有一定时延和差错要求的确保服务质量的实时交互。高性能表现在网络应当提供高速的传输、高效的协议处理和高品质的网络服务。高性能计算机网络作为一个通信网络应当能够支持大量的和各种类型的用户应用，具有可缩放功能(scalable)，即能接纳增长的用户数目而不降低网络的性能；能高速低延迟地传送用户信息；能按照应用要求来分配资源；具有灵活的网络组织和管理，这样就能按出现的需求支持新的应用。第五代计算机的体系结构，从理论上和工艺技术上看与前四代计算机有根本的不同，当它问世以后，提供的先进功能以及摆脱掉 传统计算机的技术限制，必将为人类进入信息化的社会，提供一种强有力的工具。