吳沐恩

摘 要：計(jì)算機(jī)是一種能夠按照程序自動(dòng)計(jì)算、處理、儲(chǔ)存記憶的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備，作為20世紀(jì)影響力最大的科技發(fā)明之一，計(jì)算機(jī)對(duì)人類生活帶來(lái)深遠(yuǎn)變革，帶動(dòng)全球科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。本文對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史進(jìn)行詳細(xì)回顧，同時(shí)論述計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用領(lǐng)域，力圖把握計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段和技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)，以此為基礎(chǔ)展望未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 發(fā)展歷史 應(yīng)用領(lǐng)域

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（c）-0004-02

1 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史回顧

計(jì)算機(jī)技術(shù)的確切誕生時(shí)間在20世紀(jì)40年代，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)教授John W.Mauchly和J Presper Eckert共同為美國(guó)陸軍軍械部阿伯丁彈道研究室研制了一臺(tái)用于彈道軌跡計(jì)算的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，它就是全世界第一臺(tái)真正意義上的計(jì)算機(jī)“ENIAC”。“ENIAC”體積龐大，重量超過(guò)30t，占地超過(guò)170m2，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括18000只電子管，7000只電阻，10000只電容，50萬(wàn)條電線和超過(guò)6000個(gè)開關(guān)，據(jù)悉其每小時(shí)耗電量達(dá)140kW，運(yùn)行速度為5000次/s，被視為“電腦時(shí)代的開端”。以“ENIAC”為代表的計(jì)算機(jī)屬于第一代計(jì)算機(jī)，其對(duì)早期電動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行改革后以電子管作為主要元器件，在程序編寫上全部采用機(jī)器語(yǔ)言，雖然能夠有效提高計(jì)算速度但不利于操作和修改，同時(shí)龐大的體積和復(fù)雜的構(gòu)造對(duì)其廣泛投入應(yīng)用帶來(lái)不便。

20世紀(jì)50年代以來(lái)全球電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，晶體管取代電子管成為計(jì)算機(jī)主要元件，晶體管所需空間明顯小于電子管，同時(shí)自身構(gòu)件消耗和耗電量極低，無(wú)需預(yù)熱即可進(jìn)行使用，運(yùn)用晶體管的計(jì)算機(jī)體積更小且性能得到增強(qiáng)。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)“TRADIC”，1955年美國(guó)首次在洲際導(dǎo)彈上使用小型晶體管計(jì)算機(jī)，1958年美國(guó)IBM公司研制出全球第一臺(tái)全部使用晶體管元件的計(jì)算機(jī)RCA501型。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)稱為第二代計(jì)算機(jī)，其采用快速磁心儲(chǔ)存器，每秒能夠完成15000次加法運(yùn)算或50000次乘法運(yùn)算，還具有使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。我國(guó)于1965年研制出中國(guó)第一臺(tái)大型晶體管計(jì)算機(jī)“109乙機(jī)”，1967年研制出技術(shù)升級(jí)的“109丙機(jī)”，為我國(guó)國(guó)防科技發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

第三代計(jì)算機(jī)又稱集成電路計(jì)算機(jī)，原本各自獨(dú)立的電阻、電容、晶體管等元件被組成在一個(gè)元件內(nèi)構(gòu)成計(jì)算機(jī)主要功能部件，主儲(chǔ)存器為半導(dǎo)體儲(chǔ)存器，運(yùn)算速度提升至幾十萬(wàn)次每秒，應(yīng)用范圍擴(kuò)大至信息管理、數(shù)值計(jì)算、工作自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）等。集成電路取代晶體管后計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，內(nèi)部元件耗能更小且造價(jià)成本更低，為計(jì)算機(jī)應(yīng)用融入人們生產(chǎn)和生活領(lǐng)域奠定技術(shù)基礎(chǔ)。我國(guó)在1973年至80年代初期開始中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)研究，1973年北京大學(xué)、北京有線電廠等單位聯(lián)合研制出運(yùn)算速度達(dá)100萬(wàn)次/s的大型通用計(jì)算機(jī)，1974年清華大學(xué)等單位聯(lián)合設(shè)計(jì)出DJS-130小型計(jì)算機(jī)和DJS-140小型機(jī)，在集成電路計(jì)算機(jī)研制方面開創(chuàng)系列化生產(chǎn)之路。

集成電路技術(shù)在20世紀(jì)60年代末和70年代初得到迅猛發(fā)展，眾多元件能夠集中在面積極小的硅晶片上形成大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，由此推動(dòng)形成第四代計(jì)算機(jī)。美國(guó)研制的ILLIAC-IV計(jì)算機(jī)是全球首臺(tái)以大規(guī)模集成電路為儲(chǔ)存單元和邏輯元件的計(jì)算機(jī)，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入第四代階段，1974年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研制的ICL2900計(jì)算機(jī)、1975年美國(guó)阿姆爾公司研制的470V/6型計(jì)算機(jī)、1976年日本富士通公司研制的M-190型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)中較有代表性的系列。我國(guó)從80年代中期開始第四代計(jì)算機(jī)的研制，主要采用Z80、X86和6502芯片在微型機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行科研，雖然起步時(shí)間晚于英美等發(fā)達(dá)國(guó)家，但以后來(lái)居上的姿態(tài)取得不凡成果。第四代計(jì)算機(jī)經(jīng)歷過(guò)4個(gè)發(fā)展時(shí)期，1971—1973年間以四位微型機(jī)和八位微型機(jī)為主，1973—1977年間在MCS-80型之外出現(xiàn)TRS-80型和APPLE-II型，1978—1983年間十六位微型機(jī)得到快速發(fā)展，1983年后出現(xiàn)三十二位微型機(jī)，計(jì)算機(jī)的核心性能不斷得到優(yōu)化。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)研制出現(xiàn)兩極化的發(fā)展趨勢(shì)，一方面微型機(jī)逐漸向個(gè)人應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，另一方面大型機(jī)向?qū)I(yè)化、巨型化方向發(fā)展，逐漸出現(xiàn)每秒運(yùn)算量超過(guò)一億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

1981年日本率先宣布開始研制第五代計(jì)算機(jī)，所謂第五代計(jì)算機(jī)指信息采集、處理、儲(chǔ)存功能智能化，在處理一般數(shù)據(jù)以外具有推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋等知識(shí)處理能力的計(jì)算機(jī)。在性能提高的基礎(chǔ)上其應(yīng)用范圍和涉及技術(shù)領(lǐng)域明顯擴(kuò)大，問(wèn)題推理、知識(shí)庫(kù)管理和智能化人機(jī)接口是第五代計(jì)算機(jī)的三大主要結(jié)構(gòu)，尤其是智能化人機(jī)接口能夠運(yùn)用人類習(xí)慣的方式進(jìn)行信息傳輸和處理，以自然語(yǔ)言作為最高級(jí)用戶語(yǔ)言的模式使非專業(yè)人員也能順暢操作計(jì)算機(jī)。不可否認(rèn)，第五代計(jì)算機(jī)的研制帶動(dòng)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)光學(xué)器件、光纖通信技術(shù)等一系列硬件設(shè)施的創(chuàng)新，極大地改變了人類生活方式。

目前人類已經(jīng)進(jìn)入第六代計(jì)算機(jī)—生物計(jì)算機(jī)的研制時(shí)代，通過(guò)生物工程技術(shù)生產(chǎn)的蛋白質(zhì)分子制造生物芯片，使得信息波在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)方式貼近人體大腦運(yùn)作方式，從而具有類似于人體大腦的適應(yīng)力和判斷力。1994年美國(guó)運(yùn)用生物計(jì)算機(jī)原理成功解決虛構(gòu)的7個(gè)城市間最佳道路走向，2000年美國(guó)采用最新表面化學(xué)技術(shù)極大簡(jiǎn)化了生物計(jì)算機(jī)的運(yùn)算程序，為生物計(jì)算機(jī)真正問(wèn)世掃清障礙，2004年我國(guó)首次在試管中完成DNA計(jì)算機(jī)雛形研究工作，在實(shí)驗(yàn)中將自動(dòng)機(jī)與表面DNA計(jì)算相結(jié)合，表明我國(guó)的生物計(jì)算機(jī)研究取得重大進(jìn)展。

2 計(jì)算機(jī)在當(dāng)代的應(yīng)用領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)在不斷更新?lián)Q代中已經(jīng)由體積龐大、操作復(fù)雜的科技產(chǎn)品成為與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的“必需品”，隨著社會(huì)發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用走進(jìn)千家萬(wàn)戶、千行萬(wàn)業(yè)，深刻改變了人們的生活、學(xué)習(xí)和工作方式。數(shù)據(jù)處理和科學(xué)計(jì)算是計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來(lái)最基礎(chǔ)的應(yīng)用，從生活層面來(lái)看，財(cái)務(wù)賬單錄入、人事管理、圖書資料管理、商業(yè)數(shù)據(jù)分享、文獻(xiàn)檢索等工作都需要計(jì)算機(jī)參與，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理的工作量占總工作量的80%以上；從科研層面來(lái)看，小到人們每日需要的天氣預(yù)報(bào)和自然災(zāi)害預(yù)警，大到航空器、火箭、導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)都離不開計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算。自動(dòng)控制指借助計(jì)算機(jī)對(duì)某一任務(wù)實(shí)行自動(dòng)操作，一些高精尖設(shè)備企業(yè)、石油化工企業(yè)和航空航天企業(yè)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)復(fù)雜，操作難度高且具有一定程度危險(xiǎn)，計(jì)算機(jī)能夠按照預(yù)設(shè)目標(biāo)和流程進(jìn)行自動(dòng)控制，不僅釋放人力，減少人力成本，還提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

人工智能是近幾年較為流行的計(jì)算機(jī)應(yīng)用類型，雖然科研仍未完全成熟，但在部分領(lǐng)域的運(yùn)用情況表明其具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＶ悄茚t(yī)療診斷系統(tǒng)、多國(guó)語(yǔ)言實(shí)時(shí)翻譯系統(tǒng)、機(jī)器人等都屬于人工智能范疇，計(jì)算機(jī)模擬人腦功能而具有“思維”能力，使得計(jì)算機(jī)能夠替代部分人類行為并創(chuàng)造大量?jī)?yōu)質(zhì)效益。除此以外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、多媒體都是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，人們能夠借助多媒體觀看高清電影，玩轉(zhuǎn)VR游戲，能夠利用計(jì)算機(jī)繪圖，制作課件和動(dòng)畫，能夠在全球最大的互聯(lián)網(wǎng)Internet上自由瀏覽信息，選購(gòu)商品，與遠(yuǎn)在地球另一邊的陌生人互動(dòng)，也能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，參加遠(yuǎn)程會(huì)議，可以說(shuō)豐富的計(jì)算機(jī)應(yīng)用使人們的生活發(fā)生天翻地覆的變化，讓每個(gè)人擁有更多元化的選擇空間和更個(gè)性的生活方式。

3 結(jié)語(yǔ)

縱觀20世紀(jì)以來(lái)全球計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史，可以看到正是因?yàn)橐淮兄局康慕哒\(chéng)努力，計(jì)算機(jī)技術(shù)才得以獲得一次次跨越式進(jìn)步，計(jì)算機(jī)才能夠走進(jìn)人們生活發(fā)揮重大的作用。感悟過(guò)去是為了展望未來(lái)，回顧計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史能夠?yàn)槲覈?guó)計(jì)算機(jī)科研提供新的靈感和思路。同時(shí)也能夠?yàn)槲覈?guó)的信息化戰(zhàn)略提供更好的幫助與支持。

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