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2月14情人节?今天还是电子计算机的生日:关于计算机你知多少

2019-02-14 11:03
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除了情人节,今天还是电子计算机的生日!1946年2月14日,世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生,它的名字叫ENIAC,由“莫尔小组”承担开发任务。随着科技的发展,如今出现了一些新型计算机:生物计算机、光子计算机、量子计算机等。

电子计算机的定义

电子计算机(electronic computer),通称电脑,简称计算机(computer),是一种根据一系列指令来对数据进行处理的机器。所相关的技术研究叫计算机科学,以数据为核心的研究称为信息技术。

计算机种类繁多。实际来看,计算机总体上是处理信息的工具。根据图灵机理论,一部具有最基本功能的计算机应当能够完成任何其它计算机能做的事情。因此,只要不考虑时间和存储因素,从个人数码助理(PDA)到超级计算机都应该可以完成同样的作业。即是说,即使是设计完全相同的计算机,只要经过相应改装,就应该可以被用于从公司薪金管理到无人驾驶飞船操控在内的各种任务。由于科技的飞速进步,下一代计算机总是在性能上能够显著地超过其前一代,这一现象有时被称作“摩尔定律”。

计算机在组成上形式不一。早期计算机的体积足有一间房屋大小,而今天某些嵌入式计算机可能比一副扑克牌还小。当然,即使在今天,依然有大量体积庞大的巨型计算机为特别的科学计算或面向大型组织的事务处理需求服务。比较小的,为个人应用而设计的计算机称为微型计算机,简称微机。我们今天在日常使用“计算机”一词时通常也是指此。不过,现在计算机最为普遍的应用形式却是嵌入式的。嵌入式计算机通常相对简单,体积小,并被用来控制其它设备—无论是飞机,工业机器人还是数码相机。

电子计算的的发展史

第一代电子管计算机:ENIAC(The Electronic Numerical Integrator And Computer),1946年在费城公诸于世,它通过不同部分之间的重新接线编程,还拥有并行计算能力,但功能受限制,速度也慢。ENIAC的问世标志现代计算机的诞生,是计算机发展史上的里程碑。

第二代晶体管计算机:晶体管的发明大大促进计算机的发展,晶体管代替电子管,电子设备体积减小。1956年,晶体管在计算机中使用,晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。首先使用晶体管技术的是早期的超级计算机,主要用于原子科学的大量数据处理,这些机器价格昂贵,生产数量极少。

第三代集成电路计算机: 晶体管比起电子管进步,但产生的大量热量损害计算机内部的敏感部分。1958年发明了集成电路(IC),将电子元件结合到一片小小的硅片上,使更多的元件集成到单一的半导体芯片上。于是,计算机变得更小,功耗更低,速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统,使计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。1964年,美国IBM公司研制成功第一个采用集成电路的通用电子计算机系列IBM360系统。

第四代大规模集成电路计算机:大规模集成电路(LSI)可以在一个芯片上容纳几百个元件。到了80年代,超大规模集成电路(VLSI)在芯片上容纳了几十万个元件,后来的ULSI将数字扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降,而功能和可靠性不断增强。基于“半导体”的发展,到了一九七二年,第一部真正的个人计算机诞生了。

第五代智能计算机:1981年,在日本东京召开了第五代计算机研讨会,随后制订出研制第五代计算机的长期计划。智能计算机主要特征是具备人工智能,能像人一样思考,并且运算速度极快,其硬件系统支持高度并行和推理,其软件系统能够处理知识信息。神经网络计算机(也称神经元计算机)是智能计算机的重要代表。但第五代计算机目前仍处在探索、研制阶段。真正实现后,将有无量的发展前途,它的前景,必将是光辉诱人的。

第六代生物计算机:半导体硅晶片的电路密集,散热问题难以彻底解决,影响了计算机性能的进一步突破。研究发现,DNA的双螺旋结构能容纳巨量信息,其存储量相当于半导体芯片的数百万倍。一个蛋白质分子就是存储体,而且阻抗低、能耗小、发热量极低。基于此,利用蛋白质分子制造出基因芯片研制生物计算机,已成为当今计算机技术的最前沿。生物计算机比硅晶片计算机在速度、性能上有质的飞跃,被视为极具发展潜力的“第六代计算机”。

新一代电子计算机如何发展?

自问世以来数字计算机在速度和能力上有了可观的提升,迄今仍有不少课题显得超出了当前计算机的能力所及。对于其中一部分课题,传统计算机是无论如何也不可能实现的,因为找到一个解决方法的时间还赶不上问题规模的扩展速度。因此,科学家开始将目光转向生物计算机技术和量子理论来解决这一类问题,合成生物学的技术发展,产生了另一类以人工设计细胞内信号传导与基因调控网络来进行数学计算或完成计算机程序化编码细胞行为的生物计算机,也称为“湿”计算机或活体细胞计算机。比如,人们计划用生物性的处理来解决特定问题(DNA计算)。由于细胞分裂的指数级增长方式,DNA计算系统很有可能具备解决同等规模问题的能力。当然,这样一个系统直接受限于可控制的DNA总量。

量子计算机,顾名思义,利用了量子物理世界的超常特性。一旦能够造出量子计算机,那么它在速度上的提升将令一般计算机难以望其项背。当然,这种涉及密码学和量子物理模拟的下一代计算机还只是停留在构想阶段。

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