2.1 计算机的发展历史

计算机的产生和发展

世界上第一台计算机ENIAC诞生于1946年的美国，总共研发了三年时间，主要用于科学计算，用手工搬动开关和拔插电缆来编程，于1955年退役。
其他的参见：
计算机的发展（计算机的产生和发展！）_环球信息网

硬件技术对计算机更新换代的影响

计算机的更新换代最主要受硬件技术的影响。

代 时间 硬件技术 速度/(次/每秒)
一 1946-1957 电子管 40 000
二 1958-1964 晶体管 200 000
三 1965-1971 中小规模集成电路 1 000 000
四 1972-1977 大规模集成电路 10 000 000
五 1978-现在 超大规模集成电路 100 000 000

电子管体积大，耗能大，所以很快就被体积小，耗能小的晶体管所替代，作为计算机的基本元器件。后续把电路缩小在一块电路上形成了集成电路，又极大的缩小了元器件的体积。所以整体上也可以分为三代：

  • 电子管
  • 晶体管
  • 集成电路

    微型计算机的发展和出现

    微型计算机的出现源于微处理器芯片和存储器芯片：

    微处理器芯片

    诞生于1971年，一开始是4位微处理器芯片，而后不断发展为8位，16位，32位，64位。

    这里的位，表示的是机器字长，也就是计算机一次能同时处理的二进制位数。

存储器芯片

诞生于1970年，从最开始的256位不断呈4倍拓展，发展为1k，4k，16k….

Moore定律

Intel公司的缔造者之一Gordon Moore提出：微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番。

但是这个数目是有极限的，不会无限制压缩。

这个公司典型的微处理器产品如下：
image.png

这里只列出了早期产品。

重点注意这里的**8086**微处理芯片，可以说是**Inter公司**微处理芯片的鼻祖，因为后续所有的芯片，都是从8086的基础上做功能拓展和性能提升。

软件技术的兴起和发展

各种语言的发展

  • 机器语言：面向机器
  • 汇编语言：面向机器（虽然比机器语言容易理解，但需要硬件知识才可以编程）

  • 高级语言：面向问题

    • FORTRAN：科学计算和工程计算
    • PASCAL：结构化程序设计
    • C++：面向对象
    • JAVA：适应网络环境

      系统软件

  • 语言处理系统：汇编程序 编译程序 解释程序

  • 操作系统：DOS UNIX Windows
  • 服务性程序： 装配 调试 诊断 排错
  • 数据库管理系统： 数据库和数据库管理软件

    软件发展的特点

  1. 开发周期长
  2. 制作成本昂贵
  3. 检测软件产品质量的特殊性

    软件是程序以及开发、使用利维护程序所需要的所有文档。

2.2 计算机的应用

  • 科学计和数据控制
  • 工业控制和实时控制
  • 网络技术
    • 电子商务
    • 网络教育
    • 敏捷制造
  • 虚拟现实
  • 办公自动化和管理信息系统
  • CAD/CAM/CIMS
    • CAD：利用计算机做辅助的产品设计
    • CAM：计算机辅助制造，以数控机床为主体，用计算机操控数控机床来实现加工自动化。
    • CIMS：计算机集成制造系统，通过计算机实现整体的信息共享，从而优化企业的各个流程。
  • 多媒体技术
  • 人工智能

2.3 计算机的展望

  • 计算机具有人脑的一些超级智能的功能，这需要计算机的运算次数达到10**15**/秒
  • 芯片集成度受以下三个方面的限制（现有的芯片都是硅芯片）
    • 芯片集成有物理极限（也就是芯片的存储大小和与运算速度有极限）
    • 制作成本按照几何级数递增（性能越好的芯片越贵）
    • 芯片的功耗、散热、线延迟越来越大
  • 可以替代硅芯片的计算机
    • 光计算机：利用光子替代电子进行计算和存储，但是光学晶体管十分庞大，所以不妥
    • DNA生物计算机：通过DNA之间的生化反应完成计算和存储，但难以进入实验阶段。
    • 量子计算机：利用原子具有的量子特性，前景十分滴光明。