計算機歷史

老葉愛學習發表於2019-02-25

計算機時代

計算機(computer)俗稱電腦,是一種用於高速計算的電子計算機器,可以進行數值計算,又可以進行邏輯計算,還具有儲存記憶功能

馮.諾依曼計算機 決定計算機組成:輸入、輸出、儲存器、運算器和控制器,並提出“二進位制”和“程式儲存”的概念

有人說計算機是由於戰爭的需要而產生的,我們認為計算機產生的根本動力是人們為創造更多的物質財富,是為了把人的大腦延伸,讓人的潛力得到更大的發展。

正如汽車的發明是使人的雙腿延伸一樣,計算機的發明事實上是對人腦智力的繼承和延伸。近10年來,計算機的應用日益深入到社會的各個領域,如管理、辦公自動化等。

由於計算機日益向智慧化發展,於是後來人們乾脆把微型計算機稱之為“電腦”。

計算機產生的動力來源於人們想發明一種能進行科學計算的機器。它一誕生,就立即成了先進生產力的代表,掀開自工業革命後的又一場新的科學技術革命。

要追溯計算機的發明,可以由中國古時開始說起,古時人類發明算盤去處理一些資料,利用撥弄算珠的方法,人們無需進行心算,通過固定的口訣就可以將答案計算出來。這種被稱為“計算與邏輯運算”的運作概念傳入西方後,被美國人加以發揚光大。直到十六世紀,發明了一部可協助處理乘數等較為複雜數學算式的機械,被稱為“棋盤計算器”,但這時期只屬於純計算的階段,要到十九世紀才有急速的發展。

自從第一臺電子計算機問世以來,電腦科學和技術獲得了日新月異的飛速發展。計算機的發展大致經歷了四代:

第一代為電子管計算機時代

1946—1958年,計算機結構上以CPU為中心,使用機器語言,速度慢、儲存量小,主要用於數值計算。

這一代計算機的主要邏輯元件採用電子管,儲存器採用磁芯和磁鼓,軟體主要使用機器語言。在此期間,形成了電子管計算機體系,確定了程式設計的基本方法,資料處理機(指專門用於資料處理的計算機)開始得到應用。計算機的運算速度一般為每秒幾千至幾萬次,體積龐大,成本很高。雖然它的體積、速度、軟體等各方面都不能與今天的微型計算機相比,但它卻奠定了電腦科學和技術的發展基礎。這一代計算機主要應用於科學計算。

第二代為電晶體計算機時代

1958—1965年,計算機結構上以儲存器為中心,使用高階語言應用範圍擴大到資料處理和工業控制。

這一代計算機的主要邏輯元件為電晶體,主儲存器仍用磁芯,外儲存器已開始使用磁碟,軟體也有較大發展,出現了各種高階語言。在此期間,計算機的可靠性和速度均得到提高。速度一般為每秒幾萬次至幾十萬次,體積縮小,成本降低。工業控制機(指專門用於工業生產過程控制的計算機)開始出現並得到應用。這一代計算機除用於科學計算外,也開始應用於各種事務的資料處理、工業控制等領域。

第三代為中小規模積體電路計算機時代

1965—1971年,計算機結構上仍以儲存器為中心,但增加了多種外部裝置,軟體得到一定發展,計算機處理影象、文字和資料功能加強。

這一代計算機的主要邏輯元件採用中小規模積體電路。在此期間,計算機的可靠性和速度都有了進一步的提高,速度一般為每秒幾十萬至幾百萬次,體積進一步縮小,成本進一步降低。小型計算機(指規模小,結構簡單,操作方便的計算機)開始出現並迅速發展,作業系統、會話式高階語言等軟體發展迅速。機種多樣化,生產系列化,結構積木化,使用系統化,是這一階段計算機發展的主要特點。

第四代為大規模積體電路計算機時代

1971年至今,計算機應用更加廣泛,甚至出現了微型計算機。

這一代計算機採用大規模積體電路LSI(large scale integrator),指在單個矽片上整合1000~2000個電晶體)或超大規模積體電路VLSI(very large scale integrator,指在單個矽片上整合6萬~10萬個電晶體)。由於LSI, VLSI的體積小,耗電少,可靠性高,因而使這一階段的計算機體積更小,可靠性和運算速度更高,成本更低。計算機的速度可達每秒運算幾千萬至上億次。同時,全套電路只集中在一塊矽片上的微型計算機已開始出現,相繼出現了廣泛使用的單板機、微控制器和各種型號的個人計算機。同時,以並行處理為特徵的用於科學計算和尖端技術中的巨型機也得到了發展,由若干臺計算機組成的計算機網路也已開始實際使用。

第五代人工智慧計算機時代

這一代計算機是把資訊採集、儲存、處理、通訊同人工智慧結合在一起的智慧計算機系統。它能進行數值計算或處理一般的資訊,主要能面向知識處理,具有形式化推理、聯想、學習和解釋的能力,能夠幫助人們進行判斷、決策、開拓未知領域和獲得新的知識。它能模擬人的智慧,如識別圖形、語言、物體等。它將對社會的發展帶來不可估量的影響。

電子計算機的發展概況見表1.1。

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計算機歷史博物館

成立於1996年,位於矽谷,是一個非贏利機構,得到了諸多巨頭、先鋒們的支援。諸多計算機歷史上獨一無二的原始機器和模型匯聚於此,構建出一個獨特的世界。據不完全統計,該博物館目前已經收藏超過3500多件“史前古玩物”(當然是對計算機歷史而言),3000多卷膠捲和錄影帶,5000多幅照片和3,500餘本歸類目錄。

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計算器是最早的計算工具,在計算機沒有製造出來時。早期的計算器為純手動式,如算盤、算籌等。算盤通常是以滑動的珠子製成。在西方,算盤在印度阿拉伯數字流行前使用了數個世紀,且在近代中國的記帳與商務上仍廣泛使用。後來出現機械計算器。

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17世紀初,西方國家的計算工具有了較大的發展,英國數學家納皮爾發明的"納皮爾算籌"。

英國·納皮爾算籌

1623年,來自荷蘭的計算器。

1623年,來自荷蘭計算器

計圓柱型對數算尺被後來英國牧師奧卻德發明了,這種計算尺不僅能做加減乘除、乘方、開方運算,甚至可以計算三角函式,指數函式和對數函式,這些計算工具不僅帶動了計算器的發展,也為現代計算器發展奠定了良好的基礎,成為現代社會應用廣泛的計算工具。

計圓柱型對數算尺

穿孔卡是早期計算機輸入資訊的裝置,通常可以儲存80列資料。它是一種很薄的紙片,面積為190×84毫米。美國人哈雷里斯利用卡片穿孔,開發了卡片製表系統,這一系統被認為是現代計算機的雛形。1911年,哈雷里斯將這項專利賣給了另外一家公司,13年後這家公司更名為國際商業機器公司,也就是現在的IBM。

穿孔卡

模擬計算機是用電流、電壓等連續變化的物理量直接進行運算的計算機。使用模擬計算機的主要目的,不在於獲得數學問題的精確解,而在於給出一個可供進行實驗研究的電子模型。

模擬計算機

第一臺大型自動數字計算機Mark Ⅰ20世紀四十年代,霍華德·艾肯(Howard Hathaway Aiken)成功地研製出世界上第一臺大型自動數字計算機Mark Ⅰ,IBM公司將它命名為ASCC即Automatic Sequence Controlled Calculator。

Mark Ⅰ

早期計算機公司,IBM 1401演示實驗室IBM的1401資料處理系統轉換的資料處理,併成為有史以來最流行的計算機之一。在時間旅行回到1959年,體驗商務計算機中心的景象和聲音。這個展覽將重新建立從上世紀60年代,包括工作keypunches,印表機,讀卡器,分揀機和磁帶驅動器工作中型電腦操作。

IBM 1401演示實驗室

IBM 1401演示實驗室

**即時運算(Real-time computing)**也稱為實時計算,是電腦科學中對受到“即時約束”的電腦硬體和電腦軟體系統的研究,即時約束像是從事件發生到系統迴應之間的最長時間限制。即時程式必須保證在嚴格的時間限制內響應。通常即時迴應時間會是以毫秒為單位,也有時是以微秒為單位。相比之下,非即時系統是一種無法保證在任何條件下,迴應時間均符合實時約束限制的系統。

實時計算

實時計算

大型機ENIAC在20世紀40年代,由於當時進行的二戰急需高速準確的計算工具,來解決彈道計算問題,在美國陸軍部的主持下,美國賓夕法尼亞大學莫爾學院的莫克利、艾克特等人於1945年年底設計製造了世界上第一臺電子計算機ENIAC,併為美國軍方使用。

大型機ENIAC

記憶體與儲存

記憶體與儲存

軟體劇場

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巨型計算機ENIAC(中文名:埃尼阿克)計算器使用了17840支電子管,大小為80英尺×8英尺,重達28t(噸),功耗為170kW,其運算速度為每秒5000次的加法運算,造價約為487000美元。ENIAC的問世具有劃時代的意義,表明電子計算機時代的到來。

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微型計算機50年代後期,隨著電晶體技術的成熟,各個計算機制造公司開始紛紛淘汰電子管,大量地生產各種型號的電晶體計算機,即第二代電子計算機.

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數字邏輯1964年,IBM公司成功地研製出大型積體電路通用計算機IBM360,拉開了第三代積體電路計算機的序幕,IBM360計算機推出的系列化、通用性和標準化極大地影響了世界各國計算機工業的發展,成為計算機產業發展史上的一個重要里程碑。

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人工智慧與機器人隨著計算機發展起來的要數近年來超級火爆的人工智慧和機器人。1910年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說中,根據Robota(捷克文,原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文,原意為“工人”),創造出“機器人”這個詞。這裡有太多機器人了,LEO君就不一一介紹了。

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電子動畫、音樂、藝術我們在電影院所看到的大片《侏羅紀公園》、《泰坦尼克號》等超酷效果,和諸多動畫都得益於計算機的發展!

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儲存與讀取 大規模、超大規模的半導體積體電路的發展,使電子計算機在速度上不斷地提高,體積不斷地縮小、價格逐年地下降。隨著電子計算機硬體技術進一步成熟,速度越來越快、通用性越來越好的計算機在各個行業被廣泛應用。

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電子遊戲來到了最令人興奮的電子遊戲區!在這裡,可以回顧一下那些年我們一起玩過的遊戲,看到小霸王學習機,不禁勾起了兒時滿滿的回憶!

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私人電腦對於數百萬電遊玩家而言,個人電腦現在首先是將他們與虛幻世界相聯絡的一個平臺。這個世界充斥著來自世界各地的對手和盟友。

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移動計算機移動計算是隨著行動通訊、網際網路、資料庫、分散式計算等技術的發展而興起的新技術。移動計算技術將使計算機或其它資訊智慧終端裝置在無線環境下實現資料傳輸及資源共享。它的作用是將有用、準確、及時的資訊提供給任何時間、任何地點的任何客戶。這將極大地改變人們的生活方式和工作方式。 在這個技術下誕生了我們現在生活中不可缺少的移動手機。

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2007年第一代iPhone面市
2007年第一代iPhone面市

雲端計算是基於網際網路的相關服務的增加、使用和交付模式,通常涉及通過網際網路來提供動態易擴充套件且經常是虛擬化的資源,是繼1980年代大型計算機到客戶端-伺服器的大轉變之後的又一種鉅變。

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分散式計算(Distributed Computing)、平行計算(Parallel Computing)、效用計算(Utility Computing)、網路儲存(Network Storage Technologies)、虛擬化(Virtualization)、負載均衡(Load Balance)、熱備份冗餘(High Available)等傳統計算機和網路技術發展相互融合產生了雲端計算。

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2006年8月9日,Google執行長埃裡克·施密特(Eric Schmidt)在搜尋引擎大會(SES San Jose 2006)首次提出“雲端計算”的概念,而Google“雲端計算”源於Google工程師克里斯托弗·比希利亞所做的“Google 101”專案。

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What's Next? 計算機歷史博物館把半個世紀的計算機創新歷史都展現在了我們面前。讓我們不禁感嘆原來計算機領域的歷史也能夠那麼壯觀、美麗。那麼隨著計算機技術的不斷進步和發展,下一個等待著我們的將會是什麼呢?

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