计算机硬件的发展历程,电子时代

日期:2019-07-27编辑作者:现代文学

  电子管时代

1945年,由美国生产了第一台全自动电子数字计算机“埃尼阿克”(英文缩写词是ENIAC,即Electronic Numerical Integrator and

  最早的计算机是美国宾夕法尼亚州大学莫尔学院的莫克利负责研制的。这台机器的名字叫“电子数值积分计算机”,取它们每个英文单词的第一个字母就是“ENIAC”,简称为“埃尼阿克”。这台机器看上去像个庞然大物,机内使用了一万多个电子管,7万个电阻、1万个电容以及600个开关,整个机器长30米,高3米,宽1米,占地面积为170多平方米,相当于上课教室的4倍,整个机器重30多吨,相当于7~8辆解放牌大卡车的载重量。

Calculator,中文意思是电子数字积分器和计算器)。它是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的。主要发明人是电气工程师普雷斯波·埃克特(J. Prespen Eckert)和物理学家约翰·莫奇勒博士(John W. Mauchly)。这台计算机1946年2月交付使用,共服役9年。它采用电子管作为计算机的基本元件,每秒可进行5000次加减运算。它使用了18000只电子管,10000只电容,7000只电阻,体积3000立方英尺,占地170平方米,重量30吨,耗电140~150千瓦,是一个名副其实的“庞然大物”。

  这种计算机的运算速度比机械式计算机快得多,一般每秒几千至几万次。由于“埃尼阿克”是利用电子管制造的,所以,也称为电子管计算机。从1946年到1957年生产的电子管计算机,是世界上公认的第一代电子计算机。

ENIAC机的问世具有划时代的意义,表明计算机时代的到来,在以后的40多年里,计算机技术发展异常迅速,在人类科技史上还没有一种学科可以与电子计算机的发展速度相提并论。

  什么是电子管?电子二极管是由一位叫费莱明的英国工程师在 1904年发明的。电子二极管一端是灯丝,另一端是金属片做成的电极。金属片带正电时,电流才能通过。因此,在电子二极管中,电流只能朝一个方向流动,它可以用来检测无线电波。电子二极管的发明,是电子技术的一个重大突破。

下面介绍各代计算机的硬件结构及系统的特点:

  与此同时,世界上第一支电子三极管也诞生了。这是由杰出的英国科学家德福雷斯发明的。它是20世纪最伟大的发明之一。电子三极管有放大微弱信号的功能。后来,人们又制造出四极管、五极管等等。

一、第一代(1946~1958):电子管数字计算机计算机的逻辑元件采用电子管,主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯;外存储器采用磁带;软主要采用机器语言、汇编语言;应用以科学计算为主。其特点是体积大、耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂,但它奠定了以后计算机技术的基础。

  电子管计算机虽然较以前的各种计算机有了很大改进,但它体积太大,笨重、造价高、可靠性差、操作困难、维修复杂、耗电量高,不能进行批量生产,无法得到普及,没过多少年,它就被晶体管计算机所取代。

二、第二代(1958~1964):晶体管数字计算机晶体管的发明推动了计算机的发展,逻辑元件采用了晶体管以后,计算机的体积大大缩小,耗电减少,可靠性提高,性能比第一代计算机有很大的提高。主存储器采用磁芯,外存储器已开始使用更先进的磁盘;软件有了很大发展,出现了各种各样的高级语言及其编译程序,还出现了以批处理为主的操作系统,应用以科学计算和各种事务处理为主,并开始用于工业控制。

  晶体管时代

三、第三代(1964~1971):集成电路数字计算机

  早在古代,人们就发现了物体带电现象,当时的书籍记载说用毛皮摩擦琥珀可以吸引小纸片、毛发等轻微物体。又经过了很长时间,到18世纪,人们发现在自然界,有些材料允许电流通过,比如:金、银、铜等金属,人们把这些材料叫导体;有些材料不允许电流通过,如玻璃、橡皮等,人们把这些材料叫绝缘体。后来,人们又发现,在自然界中还有一些材料,它们既不是导体,也不是绝缘体,它们允许电流通过的程度,介于导体和绝缘体之间,比如锗硅的氧化物,人们把这些材料叫半导体。

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  半导体有一个显著的特点:一旦它们受到光照或在它们中掺入极少量的杂质后,它们允许电流通过的能力会成百上千倍地提高。因此,科学家用半导体制成许多电子元件和器件。

世纪60年代,计算机的逻辑元件采用小、中规模集成电路(SSI、MSI),计算机的体积更小型化、耗电量更少、可靠性更高,性能比第十代计算机又有了很大的提高,这时,小型机也蓬勃发展起来,应用领域日益扩大。主存储器仍采用磁芯,软件逐渐完善,分时操作系统、会话式语言等多种高级语言都有新的发展。

  1947年,世界著名的贝尔电话实验室研制出了第一个半导体三极管,也就是晶体管。

四、第四代(1971年以后):大规模集成电路数字计算机计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路(LSI)。所谓大规模集成电路是指在单片硅片上集成1000~2000个以上晶体管的集成电路,其集成度比中、小规模的集成电路提高了1~2个以上数量级。这时计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展,这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求,有力地促进了计算机工业的空前大发展。随着大规模集成电路技术的迅速发展,计算机除了向巨型机方向发展外,还朝着超小型机和微型机方向飞越前进。1971年末,世界上第一台微处理器和微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生,它开创了微型计算机的新时代。此后各种各样的微处理器和微型计算机如雨后春笋般地研制出来,潮水般地涌向市场,成为当时首屈一指的畅销品。这种势头直至今天仍然方兴未艾。特别是IBM-PC系列机诞生以后,几乎一统世界微型机市场,各种各样的兼容机也相继问世。

  晶体管有3个电极,通过3根导线引出管外。3个电极中有1个电极能起控制作用,如果给这1个电极通过电流,晶体管内部的电子开关就接通,另外2个电极就会有电流通过;如果不给这个电极电流,开关就断开,另外2个电极也就没有电流,这是晶体管的基本功能。晶体管还有放大功能,在它的一个电极上,给以一个微弱的信号,在另外2个电极上就能得到较大的信号。

  晶体管既能代替电子管工作,又能消除电子管的所有缺点,它没有玻璃管壳,不需要真空,体积很小,生产成本很低,它的寿命比电子管长得多。因此,晶体管问世后,立即得到了迅速发展并且代替了电子管的位置。现在,我们日常生活中已经到处可见它的踪影。

  1956年,美国首先研制成军用小型晶体管计算机,1958年底到1959年初,第一批批量生产的民用晶体管计算机投入运行,这就是IBM1403机。它们标志着晶体管计算机时代的到来。人们又称晶体管计算机为第二代电子计算机。

  晶体管计算机重量轻、体积小、耗电量小、成本低,因而在军事、工业、农业、商业、科研等各行业逐步得到应用。

  电路时代

  我们知道,在电子计算机里有许许多多电路,这些电路像一个个小型的交通控制系统,控制电流的往来。电流流通的路线由电路的形式决定。在电子管计算机中,电路是由单个电子管、电阻、电容等元件,经过焊接组装成的;在晶体管计算机中,电路是由单个晶体管、电阻、电容等元件,经过焊接组装成的。当科学家们采用先进的工艺技术,把微型化的晶体管、电阻、电容等元件集中组成电路,再把许许多多这样的电路集中在一块相当小的半导体硅片上,这就是集成电路。集成电路块只有大拇指那么大。是在 1969年由美国英特尔公司年轻的工程师霍夫研制成功的。

  所谓中小规模集成电路是相对后来的“大规模”集成电路而言的。1960年诞生的第一块集成电路,是小规模集成电路,在一平方毫米的硅片上形成一个电路。

  采用中小规模集成电路制成的电子计算机,是第三代电子计算机。比如1964年生产的 IBM360机。因采用了集成电路,大大缩短了信息传输的时间,降低了电路的故障,因而使计算机可靠性显著提高,运算速度大增,已达到每秒几百万次,重量、体积、功耗、成本也大大减少。

  我们知道,电子和光的速度是每秒30万千米。电子计算机的线路越短,电子走过的路程就越短,所花的时间也越少。我们以万分之一秒计算,第一代电子计算机中电子线路的累计总长度是3O千米左右,第二代缩短到3000米,第三代只有30厘米左右了。

  集成电路促进了电子计算机的小型化。1965年美国数字设备公司制成12位小型机后,各种小型机纷纷出现,迅速发展。

  1970年出现了能装1000个电路的大规模集成电路,它们的大小只有我们平时吃的方块糖那样大。采用大规模集成电路制造的计算机,是第四代计算机,比如1972年美国IBM公司生产的IBM370系列机。目前世界上使用的电子计算机大多数是第四代电子计算机。

  如果现在我们拿第四代电子计算机同第一代电子计算机“埃尼阿克”相比,我们会发现,它们的功能一样,但第四代电子计算机的体积却只有“埃尼阿克”的30万分之一,重量是它的6万分之一,耗电量是它的5万分之一,可靠性却提高了1万倍。

  创造这个奇迹的是看起来平淡无奇的小硅片——集成电路。在显微镜下观察这些硅片,如同从空中看到一座现代化城市。由它组成的各种类型和用途的电脑,正对人类社会产生着巨大而深刻的影响。

  电子计算机进入第四代的时候,开始朝两个方向发展:一是发展微型电子计算机;二是发展大型电子计算机。

  现今社会,在大街小巷经常见到“电脑培训”、“电脑打字”的招生广告,这里说的电脑就是指微型电子计算机。

  微型电子计算机是由小型计算机演变而来的,它比小型机体积小,重量轻,用起来方便灵活,可靠性高,比小型机更适应信息时代的要求,更有发展前途,一般人们叫它“微机”,也称“微电脑”。

  第一代微机是1970年4月由美国英特尔公司首先研制成功的。它比小型机的体积要小,但该机工作速度较慢,不适应信息时代的快节奏。

  于是英特尔公司动员人力、物力、运用新工艺、新技术对第一代微机做了改进,很快研制出了第二代微型计算机。第二代微机比第一代性能大幅度提高,运算速度大大加快,具有抗干扰和抗辐射能力,同时降低了耗电量。

  1974年,后来居上的摩托罗拉公司研制成了第三代微型计算机8080A,性能超过了英特尔公司的产品,它比第二代微型计算机运算速度更快,体积进一步缩小。之后,微型计算机迅猛发展,1978年出现了8086型微机,指令执行时间比8080A快7倍,完全可以和小型计算机相媲美了。1981年又研制出了功能能和70年代中期的大中型计算机相比的微型计算机。

  1979年世界微机有5000台,1985年超过1亿台,现在发展更是迅猛。8086型微处理机已经发展到了80286、80386、80486以及奔腾(80586)机,功能一代比一代强,不仅可做文字处理,还能进行绘图、设计,加上多媒体功能,就可以听音乐、看光盘、打电话、看电视、玩游戏等等。

  微型计算机有许多突出的特点和优点:

  第一是新。技术新、工艺新、产品新。它运用最新科学技术,产品花样翻新,层出不穷,成为计算机系统的佼佼者。

  第二是快。革新快、换代快、生命力强。微型计算机的更新换代速度惊人。1969年8月设计、1970年4月第一代微型计算机问世,1973年第二代微型计算机问世,1975年第三代微型计算机问世。之后,其性能、质量迅速提高,微型计算机产业猛烈扩张,竞争对手云涌。美国加州甚至出现了以计算机为主导的电子产业基地“硅谷”,它的发展速度,远远超过了美国当年的汽车工业。

  第三是多。品种多、产量多。从1970年到1985年,产量增加了30倍。到现在不仅有普通微机,还出现了笔记本、膝上机等。

  第四是便宜。体积小,用材少,价格低,平均每两年降价一半。

  第五是广。涉及面广,用途广。现在,微型计算机在科研、生产、社会和生活中得到了广泛应用,可以说已渗透到社会生活的各个方面。

  我们平时喜欢用“傻瓜”照相机照相,因为它不需人工调节,能自动对光圈定速度、测距离,就是因为在照相机里安装了微型计算机;电视广告上经常说的全自动洗衣机,不需人工操作就完成洗衣工作,也是微机的功劳。微型计算机用于交通可进行自动信号控制、节约燃料、减少污染、自动刹车;用于商业可自动售货、自动结算、自动加油;用于教育,出现了电脑教师。

  今天电脑已广泛进入家庭,微型计算机已迈向一人一机的个人电脑时代。

  据美国一家电台报道,美国个人电脑1991年拥有量为5500万台。日本电子工业振兴协会对日本个人电脑市场抽查预测,个人电脑已进人一人一机的时代。

  美国一家市场调查公司的调查表明,1991年,在2800多万个家庭中,有3000万台个人电脑,研究预测指出,到1999年每个美国家庭平均将有2.2台个人电脑,比每个家庭的子女平均数量还多,并预测到1999年,在美国的学校中使用手提式个人电脑,就像现在使用小型计算器那样普遍。

  个人电脑已经从业余爱好者手中的玩艺儿变成了一种非常普及的工具。在千百万人的办公桌上,已具有了50年代中央处理机那样计算能力的个人电脑。在家庭中,个人电脑是自从有电视机之后作用最大的消费品,比电话普及速度还快。美国的少年儿童中有46%在家里或在学校中使用电脑。美国人用个人电脑可以干许多工作,比如把电脑与电话线连接,直接传送信件、文件和其他信息。利用“电子邮局”,只要按下电脑的按键,几秒钟就能把过去几天才能寄到的信件内容同时送到若干处。还可以用个人电脑构成印刷系统,出版自己写的新闻稿。最广泛的应用是把电脑当成最完善的打字机,62%的电脑拥有者常常用电脑写信或书写其他文字材料。用电脑玩游戏也很普遍。

  个人电脑发展十分快。第一代个人电脑很粗糙,用户要经常自己编写程序。1981年个人电脑发展揭开了新的篇章,IBM公司的个人电脑在佛罗里达州博卡拉顿的产品开发实验室问世,IBM个人电脑很快就把很大一部分市场掌握在手中。1982年末各大公司激烈争夺市场,相继大幅度削价,几个月时间价格从1000美元跌到199美元。到该年年底,个人电脑摆满了商店的玩具部。第二代个人电脑,包括IBMPC机及其兼容机,就是我们常说“攒”的微机,现已显得陈旧了。目前,第三代个人电脑包含有强大的微处理机芯片、存贮器、外部存贮器 (如磁盘)、键盘、光笔、鼠标器、显示器、打印机,还有能将信号作转换的调制——解调器。当然,除硬件之外,还要有软件,有成套的指令,即编好的程序,个人电脑才能完成各项工作。

  个人电脑的兴起是信息技术革命中的一个伟大事件。个人电脑现在国外和洗衣粉、饮料一样充斥市场,就像罐头一样随时可以买到。个人电脑正朝着小型化、轻量化、高性能和直观化方向发展。发展的核心是力求电脑的操作更简单,就像使用洗衣机、录象机一样方便。到那时,对于用户来说,个人电脑就更“可亲”了。为了使用方便,声控电脑也是一个发展方向。

  1922年2月25日,苹果计算机公司宣布,该公司已制出一种话控电脑,它不但能识别口头命令,有时还能“回答”,当它完成任务后,可以报告它已完成了任务,并问使用者还有什么事情要做。

  1992年在澳大利亚悉尼举办的个人电脑展上,夏普公司推出了只有手掌般大小的超小型电脑,重量只有500克,成了名符其实的“掌上电脑”了。

  现在,个人电脑是整个电子计算机家庭中数量最多的成员。

  1990年8月2日,伊拉克入侵科威特,触犯了美国及其他西方国家的战略利益。海湾上空战云密布。8月4日美国制定了代号为“沙漠盾牌”的军事行动计划,应沙特国王的请求,向海湾地区增派大量军队。1991年1月17日,海湾战争终于爆发。

  当天夜晚,一片漆黑,几百架多国部队飞机对伊拉克首都巴格达进行了轮番轰炸,据美国一位退役的将军说:“仅这一夜向伊拉克和科威特泻下的炸弹,就相当于一个半投在广岛的原子弹。”然而让美国指挥部的军官们真正感到惊奇的,是这次轰炸几乎都命中预定的目标,参谋部的军官甚至认为这是一个奇迹。

  人们不禁会问:多国部队的夜间轰炸,为什么“几乎都命中预定的目标”?

  原来,早在战争爆发前几个月,美国就专门发射了几颗军事卫星上天,全天24小时不间断地监视着伊拉克、科威特地区的动静,包括伊军通讯波段、电台位置、雷达频率、部队调动、武器位置等,然后将收集到的大量情报传到指挥中心,在这里由大型计算机迅速加以处理,仅仅几分钟,一张张清晰的照片就送到指挥官面前。照片上及时显示出伊拉克导弹的位置、停在跑道上和隐蔽在机库里的各种飞机、以及伊拉克的化学工厂、核研究中心、通信中心等要害部门,甚至连伊拉克总统萨达姆所处的位置,都在这些照片中标明了。于是多国部队根据情报制出一套作战地图,极其精确地标出了攻击目标。战争前夕,又把截获的数百万条信息输入电脑处理分析,极其精确地制定了进攻计划;最后对所有情报详细筛选,编入计算机程序,制成数据图象,输入各类作战飞机的电脑。战斗中,大型电子计算机及时处理前线发回的信息,能在几秒至十秒钟之内,将信息和指令发回前线,供指挥官选择有利时机发起攻击。可以说整个轰炸行动得以准确、利索的完成,完全得益于计算机。

  海湾战争中还进行了导弹战,最著名的就是“爱国者”大战“飞毛腿”。

  “飞毛腿”导弹是苏联制造的,它的飞行速度相与快,因此得名“飞毛腿”。

  “爱国者”导弹是美国制造的反弹道导弹。

  伊拉克在遭到多国部队的沉重打击后,使用“飞毛腿”予以反击。美国则派出了“爱国者”导弹进行拦截。短短10多天,伊拉克先后发射了25枚

  “飞毛腿”导弹,其中20枚被“爱国者”导弹拦截并摧毁。其后向以色列发射了10多枚,也大都被“爱国者”导弹拦截。整个战事“爱国者”导弹的拦截率达到了95%,因此荣获了“飞毛腿导弹克星”的光荣称号。

  在这场反导弹的战事中,计算机起了决定性的作用。

  “飞毛腿”导弹的射程有600千米,“爱国者”导弹的射程只有150千米,在“飞毛腿”导弹发射后3/4的飞行路程中,不能发射“爱国者”导弹。这样,从发射“爱国者”导弹到击落“飞毛腿”导弹之间,仅有1分钟时间。在短短的1分钟时间内,全靠计算机计算出“飞毛腿”导弹的飞行轨迹和控制“爱国者”导弹,在“飞毛腿”导弹逼到非常接近的时刻,才发出发射指令。在“爱国者”导弹发射后10秒的飞行中,导弹和目标的相对位置还要由计算机作出精确的确定,以保证拦截成功。

  能在这短短的时间内,完成这么多的工作,靠的完全是有高度的可靠性、能高速运算的大型计算机。

  所谓大型计算机不是指体积和质量很大,而是运算速度快、存储量大、功能强、可靠性好。实际上这种计算机已经微型化。比如装在“爱国者”导弹头部的计算机就是大型机的一种。

  大型电子计算机又称巨型电脑,或超级电脑,是计算机家庭中运算速度最快的一种,每秒可运算亿次以上。比如我国生产的“银河”亿次计算机。日本生产的巨型计算机每秒运算160亿次,更是快得吓人。最近德国也宣布研制成功了一种每秒运算为400亿次的超级电脑,它采用16,384个最新一代处理芯片,并且用新的方法把它们联接起来。

  美国前总统布什1991年向国会提出的22项对美国至关重要的技术中,有一项就是高性能电脑,其中包括巨型电脑。美国的巨型机厂家已分别着手进行新的开发。其中克雷公司宣布将把巨型机运算速度再提高4倍,即达每秒2000多亿次。

  巨型电子计算机主要用于空间技术、天气预报、宇宙空间研究、航空能力学分析计算、尖端工程的设计、国防等。

  如果用过去的手摇计算机来运算今天的气象预报数据,那么几千人挥汗如雨地干几天也干不完,根本起不到对天气的预报作用。这些工作让今天的大型电子计算机来做,仅仅是几分钟的事,而且又准确,又可靠。

  现代重大的科研项目,特别是航天技术方面,离了它更是不行。比如航天飞机的主要控制部件就是计算机。美国航天专家说:“没有计算机,航天飞机的上天是不可想象的。”

  因此,大型电子计算机是当代一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志,体现了一个国家的实力。

  现今在计算机大家庭中以大型机、中小型机、微机为主,将来的发展将倾向于微机和大型机。

  计算机网络

  1992年,美国总统克林顿在竞选时提出了“发展信息高速公路,振兴美国经济,恢复企业竞争活力”的竞选纲领,此后,副总统戈尔言必称信息高速公路。由此可见信息高速公路对美国国家建设的重要性。

  那么,什么是信息高速公路呢?简单的说就是通信网络与计算机网络的结合。

  当今,通信非常发达,当你拿起电话,可以拨通世界各地;当你投寄书信,可以到达天涯海角,这一切当归功于通信网络。同样,计算机的能耐很大,但拥有一台计算机的用户,只能使用它存取情报、数据和信息,而不能使用其他计算机用户存取的情报、数据、信息。同时,一台计算机不能存取大量的情报、数据和信息,不能做较大的事情,更不能利用大型计算机存储的资料。如果把不同地点、不同用途的计算机连接起来,形成网络系统,这样,就可以使参加网络的用户,共同享用整个网络中的情报、数据、信息,计算机的用途就大大扩大厂。这就像一句老话说的那样:团结就是力量。

  现在,计算机网络一般是把各地的计算机和终端设备,利用现有通信线联接起来,将来可以通过通信卫星联结起来,远距离传输情报、数据和信息。终端设备通常是一个键盘和台显示器,你只需操纵键盘,将问题“告诉”计算机网络,答案会自动显示在屏幕上。

  1993年10月,中国计算机专家访问美国,在东部城市波士顿,他们想了解一份会谈资料,可是波士顿没有这份材料,这些材料只有美国西部斯坦福大学保存着。求助于计算机网络,把终端与网络接通,用键盘打入命令调阅这份会谈资料,3分钟后,电传打字机上印出此次会谈目录,并询问要第几条,回答后,又过了3分种,谈话记录全部打印出来。计算机网络的神速,由此可见一斑。

  过去,高速公路系统和电力网为工业经济提供了发展基础,而现今的信息网络将是新经济的高速公路。如如整个国家没有先进的电子基础设施,社会就不可能取得进步。未来的计算机业、电信业和各种信息业正在殊途同归,比方说,不久之后,电话、电视机和计算机将是同一设备。

  目前,大的计算机网络像巨大的蜘蛛网,跨越国界。它把世界所有的计算机连接起来组成一个巨大的计算机。计算机网络的建立,可以使拥有小型电脑的部门,通过网络来查找大型电脑的信息,不仅为使用者提供了经济的手段,而且使电脑的应用能跨越地理位置所造成的障碍。更有意思的是,还可以利用由于地理位置不同所造成的时差。例如,在一般情况下,在白天工作时间里,电脑是处于忙碌状态的,机器时间比较紧张。相比之下,在夜间电脑较为空闲。正是利用这样一点,欧洲一些国家在白天通过计算机网络,可以利用正处夜间的美国电脑。

  计算机网络的建立,大大促进了电脑应用的社会化。

  据国外报道,1994年英国有几百万个家庭加入计算机情报系统,这个系统保存的消息比一个星期出版的全部报刊还要全面。每个使用者只要打一个电话,就可以把相当于7000页原文的资料从电脑存贮器中提取出来,呈现在家用电视机屏幕上,供人选择和查阅。

  通过计算机网络还可以查询电话号码、旅行时刻表、大气预报、订购火车、轮船和飞机票等等。那时一位在巴黎的旅客,就可以在他的旅馆里通过电脑订购下周从英国伦敦飞往美国纽约的飞机票。前后只需一两分钟的时间,就可以知道他所预订的机票的班次和座位的号码。

  计算机网络应用于商业更是前景无限光明。

  以制鞋工业为例,有可能使制鞋厂在大量生产的情况下使每件产品都能适合消费者的需要。现在通常流行的作法是,人们选购几种少数型号和尺码的鞋子,而穿起来并不完全合适,这也是产生脚病的原因之一。但是,如果将来制鞋机是用电脑控制的,制造出来的鞋子就能按人的脚形千变万化。当人们利用微型电脑详细地测出每个人的脚形,然后把这些信息输送给制鞋厂,即可按大量生产的成基,制造出每个人所需要的、并且穿起来合适的鞋子。

  顾客可以通过商业情报网把自己的需要告诉商店,并且可以在指定的地点提取所需要的货物。商业情报网的建立,可以使产销部门建立起崭新的关系,根据顾客的客观需要来组织货源和制定生产计划,从而大大避免和减少了产品的脱销或大量积压。同时也加快了货币的回笼和周转,活跃了商品市场。

  现在很多人通过计算机网络打广告、设立电子商店、全面介绍自己的产品,并询问各地的物价、物资供应情况,适时调整经营的对策。

  一个美国小孩可以在十几秒内得到地中海的气象图,然后又迅速转到几千英里之外的伦敦图书馆、法国巴黎的博物院溜一圈,这就是应用计算机网络的神奇结果。

  计算机网络是计算机今后的发展方向。

  人工智能时代

  1983年世界上出现了集成两万个电路的超大规模集成电路。从此科研人员开始将目光放在了第五代计算机——人工智能计算机的研制开发上。

  第五代电子计算机比前四代都要优越,因为它采用并行式工作方法,而第一至第四代计算机是采用串行式工作方法。

  什么是串行式和并行式呢?举个例子来说,如果有许多人要通过某一地段,是排成一路纵队“串行”通过快呢,还是排成一排,一路横队“并行”通过快呢?答案当然是后者。这种排成一路横队的方式叫并行式,而排成一路纵队,一个个走的叫串行式。

  由于第五代电子计算机采用并行式的工作方法,它接受任务后,把任务分解成几个部分,同时对这几部分进行处理。因此,第五代电子计算机的处理速度要比前四代电子计算机快得多,每秒钟可运行1000亿次,比目前的高速计算机高1000~2000倍,所以,它比前四代电子计算机更先进。

  第一代电子计算机到第四代电子计算机的工作原理是由美籍匈牙利人、大数学家冯·诺伊曼提出并创立的。诺伊曼工作原理是把事先编好的程序和数据存储在计算机中,然后计算机能自动地按照程序执行一条条指令。这样的工作只能完全禁锢在人的思想范围之内,如果程序不正确,不周全,计算机也就跟着犯错,难怪人们有时候把计算机称为“伟大的傻瓜。”这在很大程度上限制了计算机作为人的助手的作用。

  第五代电子计算机改变了这样的工作模式,它不仅存储人们编制的程序,而且能在一定程度上给自己编制程序。到那时,人只要发出指令,或写出方程式,或提出要求,计算机就能自动完成所需程序,给人提供结果。也就是说,只要按人的需要,在计算机的功能范围内向计算机提出“做什么”,无需告诉它“怎样做”,它就可以给出人所需要的结果。所以,第五代电子计算机是有知识、会学习、能进行推理的计算机,是一种更接近于人脑的计算机。它具有能够很好地理解自然语言、声音、文字、图象的能力,并且具有说话的能力,以达到人机直接用自然语言对话的水平;它具有利用已有的知识和不断学习到的知识,进行思维、联想、推理,以达到解决复杂问题、得出结论的能力;它具有汇集、记忆、检索有关知识的能力。

  1958年,科学家预先把下棋的规律编成程序存在计算机中,设计成功了世界第一台能下棋的电子计算机。但是,它下棋的水平平平,跟普通业余爱好者不相上下,别人的棋艺通过不断学习有了提高,可是它却不能,而且经常下出莫名其妙的臭棋来。

  一次计算机棋手锦标赛中,两台电脑狭路相逢,激烈厮杀,走了一二十个回合,其中一台电脑不知何故,突然走出了一步人们意想不到的误着,也就是一招大臭棋。可是对方电脑却搞不清了:这一招似乎棋谱上没见过呀?不知如何应对。“想”了一会儿,干脆一不做二不休,一个“杀”招使出:遗憾地是杀向自己——走了一步自杀棋的电脑的程序员已经惭愧地低下了脑袋,因为他的电脑丧失了大好形势,对方电脑只要不出太大的漏洞,已经稳操胜券了。这时候还在“思考”,说不定是在想如何痛快地向自己的电脑“开刀”呢。可是观众却突然哄堂大笑:原来这台电脑在“痛苦”地思考了5分钟后,做出了决定——投降!

  第五代电子计算机“棋手”已经不会再出现这种笑话了,它会向对方棋手学习,把别人的长处记下来,不断提高自己的下棋水平。

  1988年,美国卡内基—梅隆人学的4位研究生研制出专用的下棋机,称为D·T。在1990年2月,这台专用电脑与1990年世界冠军的挑战者、前世界冠军卡尔波夫进行比赛,在开始50招内电脑棋手一度占上风。后来,卡尔波夫放出诱招,D·T贪吃,遭致失败。

  D·T电脑每秒运算达200万次,并且考虑棋步已不是采用“蛮干”算法了,而是采用一种优化分析法。所谓“蛮干”是指对所有各种走棋法都加以

  120考虑,从中选出最优走法。国际象棋有可能出现10种走法,用目前的电脑是无法一一加以分析比较的。

  但有的专家还是预测说,2000年之前肯定有人能编制出更高级的下棋程序,使电脑战胜人。国际象棋第一高手、世界冠军卡斯帕罗夫却不以为然,他傲气地指出,在2000年前电脑绝不会战胜特级象棋大师,如果谁在与电脑对弈中遇到麻烦,他可以帮忙出主意。

  话音没落多久,1995年电脑主动找上了卡斯帕罗夫,一场人机7局大较量开始了。整整7场比赛,我们从电视直播中看出卡斯帕罗夫下得并不轻松,每一场都是双手抱头,眼睛直视,面部表情严肃沉重。虽然卡斯帕罗夫获得了最后总比分的胜利。但首场比赛就被电脑棋手杀得大败,也让人们知道了电脑的利害。不知有点自顾不暇的卡斯帕罗夫现在还有没有胆量再出来替人打抱不平了。毕竟电脑还可以再作大幅度的改进啊。

  第五代电子计算机总的说来有三大特点:一是超人的记忆力,能存储上万条常用知识和经验;二是会思考,能根据输入的问题,通过记忆和积累的知识,进行推理,最后作出判断;三是能理解我们日常说话的语言,甚至能听懂人们说话的声音,自己也能输出声音“说话”,这样人与计算机可以有真正的对话了。

  日本是最早开始研制第五代电脑的国家,为了推动电脑的研制,组织了富士通、三菱电机、日本电气、日立、东芝、松下电器、夏普等八大公司共同进行开发。共筹资1000亿日元,制定了10年的研究计划,在80年代末期取得了可喜的进展。1988年11月,在召开的第五代电脑第三次国际会议上,用所研究的第五代电脑作了表演,对日本小学教科书中一篇课文作了处理,很好地回答了代表们提出的问题。

  但是,人工智能问题确实是非常复杂,不易解决的,第五代电脑研制目前处于停滞不前的状态。日本在 1992年也正式宣布,终止第五代电脑的研制。日本著名的专家承认,在10年内完成这样的高智能系统是不可能的。现在功能最强的电脑“智力”仅相当于三、四岁的幼儿。

  如果第五代电子计算机诞生,将会在社会生活各个方面引起深刻变化,将创造无法预料的技术奇迹。

  微处理器的影响

  微处理器自I4004问世以后,又经历了几次较大的改进。英特尔公司则大发其财,欢度着黄金般的岁月。这使得美国、日本的许多公司十分羡慕,纷纷投入力量进行研制。与此同时,大规模集成电路的集成度也提高得很快,微型化晶体管数超过1万的芯片称为超大规模集成电路,到 1978年,一个芯片上包含的微型化晶体管数已达到100万个。这对于制成“功能更强大”的微处理器客观上创造了有利条件。有人说,微处理器发明的重要意义超过了上一世纪作为交通大动脉的铁路建设,也超过了本世纪的现代化代步工具——汽车的广泛使用。

  还在微处理器问世后不久,英特尔公司总裁戈登·穆尔指着它向客户宣布:“如今,我们公司可以生产微处理器芯片了。它可以有几千种不同的用途。”下面几项大家熟悉的产品都用到微处理器:个人电脑 (即通常所说的

  “微机”)、电子游戏机、电子表、袖珍计算器……

  微处理器的应用极其广泛,如今,彩电,录像机等高档电子产品已大量地进入寻常百姓家,而且不少是遥控的。夏天,我们可以舒适地仰坐在躺椅上,冬天躺在暖和的被窝里,只要轻按身边小小的遥控器,就能想观赏什么节目就观赏什么节目。这种深受广大用户喜爱的高新技术产品,其关键就在于遥控器中有个微处理器。

  又如微波炉,老式的定时器功能有限,每次至多用15分钟,超过此限定时就不准确了。而微处理器用电子接触键盘和数字显示器代替老式的按钮和旋钮,可以准确测定各种食物的烧煮时间,按程序连续操作,大受顾客欢迎。其他如电子天平、程控电话、数控机床等等,也都是使用了微处理器的结果。

  由于生产工艺、技术的改进,微处理器的价格十分低廉。这也是它易于得到广泛应用的有利条件之一。I4004的价格起初是400美元左右,现在用2美元就可以买一个功能比它强得多的微处理器。

  历史上曾经有过两次大规模的产业革命。第一次是由蒸汽机的发明带动起来的;第二次是由电力的广泛使用造成的。有人说,电子计算机的问世标志着第三次产业革命的开始。实质上,第三次产业革命是由微处理器的发明和应用带动起来的。霍夫被著名的英国《经济学家》杂志称为第二次世界大战以来最有影响的7位科学家之一。过去,各种类型的计算机虽也造了不少,但毕竟数量有限,其影响从来没有微处理器这样深入和广泛。小小的微处理器可以大量生产,价格又很便宜,就像花草的种子一样撒得铺天盖地,今天的人们或多或少都得与电子产品打些交道,或多或少都得与计算机有些关系。

  以往的技术革命基本上是耗能型的,需要消耗大量的石油和煤,这次技术革命是节能型的,对于当时西方国家克服“石油危机”起了很大的作用。以往的技术革命往往是用机器代替人干活,而这次技术革命侧重用电脑代替人脑的劳动。对于第三次产业革命,我国政府给予高度重视,认为这既是对一次挑战,也是一次难得的机遇,并研究制订了许多积极而富有成效的对策。

  电子计算器的发明

  电子计算器,你们一定都很熟悉吧!在今天所有的计算工具里,使用人数最多的恐怕就数袖珍电子计算器了。它价格低廉,使用简便,易于携带,因此几乎家家户户都有。

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