事業(yè)單位公共基礎(chǔ)知識(shí)：計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程

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提到計(jì)算機(jī)，想必大家都不陌生。然而關(guān)于它的細(xì)節(jié)內(nèi)容，大家又有多少了解呢。今天咱們就從計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程這一角度切入，從頭開始了解有關(guān)計(jì)算機(jī)的細(xì)節(jié)內(nèi)容吧。

一、計(jì)算機(jī)簡介

計(jì)算機(jī)俗稱電腦，是現(xiàn)代一種用于高速計(jì)算的電子計(jì)算機(jī)器，可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，又可以進(jìn)行邏輯計(jì)算，還具有存儲(chǔ)記憶功能。是能夠按照程序運(yùn)行，自動(dòng)、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。

由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)所組成，沒有安裝任何軟件的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)�？煞譃槌�級(jí)計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)五類，較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)有生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等。

二、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程

(一)計(jì)算機(jī)的誕生

第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)誕生于1946年的美國賓夕法尼亞大學(xué)。ENIAC用了18000電子管、1500繼電器、重30噸、占地170m3、耗電140kw、每秒計(jì)算5000次加法。馮•諾依曼首次提出存儲(chǔ)程序的概念，將數(shù)據(jù)和程序一起放在存儲(chǔ)器中，使得編程更加方便。幾十年來，雖然對馮•諾依曼機(jī)進(jìn)行了很多改革，但結(jié)構(gòu)變化不大，仍然稱為馮•諾依曼機(jī)。

ENIAC(十進(jìn)制)，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī);EDVAC，第一臺(tái)按存儲(chǔ)程序控制設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī);EDSAC，第一臺(tái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序控制的計(jì)算機(jī)。

(二)計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1.第一代：電子管計(jì)算機(jī)(1946-1957)是采用電子管結(jié)構(gòu)，不在是傳統(tǒng)的人工書寫，而是采用符號(hào)語言(即二進(jìn)制)。這是一次偉大的飛躍，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)。(PS:人類史上公認(rèn)的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)1946年美國摩爾小組研發(fā)的ENIAC就是電子管計(jì)算機(jī))。因此這一時(shí)代的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。

2.第二代：晶體管計(jì)算機(jī)(1957-1964)20世紀(jì)50年代中期。由于電子管元件在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量太多，可靠性較差，運(yùn)算速度不快，價(jià)格昂貴，體積龐大，這些都使計(jì)算機(jī)發(fā)展受到限制。于是，晶體管開始被用來作計(jì)算機(jī)的元件。晶體管不僅能實(shí)現(xiàn)電子管的功能，又具有尺寸小、重量輕、壽命長、效率高、發(fā)熱少、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

3.第三代：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1964-1971)20世紀(jì)60年代中期，半導(dǎo)體技術(shù)日趨成熟，因其具備體型小、能耗小、安全可靠性高、成本低等特點(diǎn)，逐步取代了晶體管成為了推動(dòng)集成電路計(jì)算機(jī)的中堅(jiān)力量。

4.第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1971-2016)這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)已經(jīng)是很成熟了。其體積進(jìn)一步縮小，性能進(jìn)一步提高，出現(xiàn)了精簡指令集計(jì)算機(jī)——微型計(jì)算機(jī)。其在社會(huì)上的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，幾乎所有領(lǐng)域都能看到計(jì)算機(jī)的"身影"。

5.第五代：指具有人工智能的新一代計(jì)算機(jī)，它具有推理、聯(lián)想、判斷、決策、學(xué)習(xí)等功能。目前主要在研發(fā)階段。

(計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程表)

(三)計(jì)算機(jī)在中國的發(fā)展

1.1958年，成功研制國內(nèi)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)103機(jī)。

2.1983年，國防科大研制成功我國首臺(tái)億次運(yùn)算巨型機(jī)銀河-I號(hào)。

3.2009年6月，研制成功我國首臺(tái)百萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)曙光5000A“魔方”，峰值運(yùn)算速度超過每秒200萬億次。

4.2009年11月，研制成功我國首臺(tái)運(yùn)算速度超千萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”，峰值達(dá)每秒1206.19萬億次。

5.2010年，升級(jí)為“天河一號(hào)A”峰值運(yùn)算速度達(dá)每秒2570萬億次，超過美國“美洲豹”的1570萬億次，成為當(dāng)時(shí)世界運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)。

6.2017年，中國超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”位于榜首，其浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值可達(dá)每秒12.5億億次(125PFlops)，持續(xù)運(yùn)算速度為每秒9.3億億次(93.9PFlops)。

三、計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢

(一)巨型化

為了適應(yīng)尖端科學(xué)技術(shù)的需要，發(fā)展高速度、大存儲(chǔ)容量和功能強(qiáng)大的巨型計(jì)算機(jī)。

(二)微型化

隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，人們需要能夠應(yīng)用于各種領(lǐng)域、各種場合的體積更小，重量更輕，價(jià)格更低的計(jì)算機(jī)。

(三)網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)能夠更快地接入網(wǎng)絡(luò)，組成更廣泛的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)資源共享和信息交換。

(四)智能化

計(jì)算機(jī)人工智能化是未來發(fā)展的必然趨勢�，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)可以具備類似人類的思維能力，如推理、判斷和感覺等。

(五)多媒體化

多媒體化是指要求計(jì)算機(jī)可以處理的媒體信息越來越多了。

例題練習(xí)

【題型】單選題

1.1946年5月2日，美國軍方研制出世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)——埃尼阿克(ENIAC)的主要元器件是：

A.電子管

B.晶體管

C.集成電路

D.超大規(guī)模集成電路

【答案】A

【解析】第一步，本題考查計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)。

第二步，世界上第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)“ENIAC”于1946年2月14日在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生。發(fā)明人是美國人莫克利和艾克特。ENIAC以電子管作為元器件，所以又被稱為電子管計(jì)算機(jī)，是計(jì)算機(jī)的第一代。電子管計(jì)算機(jī)由于使用的電子管體積很大，耗電量大，易發(fā)熱，因而工作的時(shí)間不能太長。

因此，選擇A選項(xiàng)。

【拓展】①電子管，是一種最早期的電信號(hào)放大器件。被封閉在玻璃容器(一般為玻璃管)中的陰極電子發(fā)射部分、控制柵極、加速柵極、陽極(屏極)引線被焊在管基上。利用電場對真空中的控制柵極注入電子調(diào)制信號(hào)，并在陽極獲得對信號(hào)放大或反饋振蕩后的不同參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)。

②晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機(jī)械開關(guān)不同，晶體管利用電訊號(hào)來控制自身的開合，而且開關(guān)速度可以非�？�，實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。晶體管有三個(gè)極;雙極性晶體管的三個(gè)極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極、基極和集電極;場效應(yīng)晶體管的三個(gè)極，分別是源極、柵極和漏極。

③集成電路是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比(基于鍺(Ge)的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基于硅(Si)的集成電路)。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。

④超大規(guī)模集成電路是一種將大量晶體管組合到單一芯片的集成電路，其集成度大于大規(guī)模集成電路。集成的晶體管數(shù)在不同的標(biāo)準(zhǔn)中有所不同。從1970年代開始，隨著復(fù)雜的半導(dǎo)體以及通信技術(shù)的發(fā)展，集成電路的研究、發(fā)展也逐步展開。計(jì)算機(jī)里的控制核心微處理器就是超大規(guī)模集成電路的最典型實(shí)例，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)(VLSI·design)，尤其是數(shù)字集成電路，通常采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的方式進(jìn)行，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)工程的重要分支之一。

2.( )由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制，全部采用中國國產(chǎn)處理器構(gòu)建，是世界上首臺(tái)峰值計(jì)算速度超過十京次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其峰值計(jì)算速度達(dá)每秒12.54億億次。

A.“神威·太湖之光”

B.“天河二號(hào)”

C.“曙光TC6000”

D.“深騰X8800”

【答案】A

【解析】第一步，本題考查計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)。

第二步，“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)是由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制、安裝在國家超級(jí)計(jì)算無錫中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)。其安裝了40960個(gè)中國自主研發(fā)的“神威26010”眾核處理器，該眾核處理器采用64位自主神威指令系統(tǒng)，峰值性能為12.5億億次/秒，持續(xù)性能為9.3億億次/秒。2020年11月，在第56期全球超算TOP500榜單中，神威太湖之光位列第四。

因此，選擇A選項(xiàng)。

【拓展】B項(xiàng)：“天河二號(hào)”是由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，曾以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能成為2013年全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)。2020年11月，在第56期全球超算TOP500榜單中，天河-2A位列第6。B項(xiàng)與題意不符，排除。

C項(xiàng)：“曙光TC6000”超級(jí)計(jì)算機(jī)采用曙光“星云”系統(tǒng)，該系統(tǒng)以其實(shí)測每秒達(dá)1271萬億次的Linpack峰值速度，成為亞洲和中國首臺(tái)、世界第三臺(tái)實(shí)測性能超千萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)。C項(xiàng)與題意不符，排除。

D項(xiàng)：“深騰X8800”是聯(lián)想推出的一款超級(jí)計(jì)算機(jī)，性能達(dá)到1127TFLOPS。2018年10月19日，聯(lián)想深騰8800入選中國HPCTOP100榜單的第一百名。D項(xiàng)與題意不符，排除。

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