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计算机之父 计算机发展史

当我们还是原始人的时候,我们的老祖使用棍子、石头和骨头作为他们的计数工具。随着人类思想和计数的进步,越来越多的计算方式被开发出来。下面介绍一些计算机的发展史:

算盘

在4000年前,我们中国人利用木头材质发明了最初的计数装置–算盘。此后,算盘被认为是第一台计算机。算盘算子根据一些规则移动珠子以进行算术计算。截止到今天,小学生还在进行珠算教学,包含俄罗斯和日本等一些国家仍在使用算盘。"三下五除二,四下五去一"是我们的顺口溜。该工具的图像如下所示;

算盘

纳皮尔的骨头

它是由 Merchiston 的 John Napier (1550-1617) 发明的一种手动操作的计算设备。在这个算工具中,他使用了 9 个不同的象牙条或标有数字的骨头来进行乘除。因此,该工具被称为“纳皮尔骨头”。它也是第一台使用小数点的机器。

帕斯卡林

Pascaline 也称为算术机或加法机。它是在 1642 年至 1644 年间由法国数学家兼哲学家比亚斯·帕斯卡发明的。人们相信它是第一个机械和自动计算器。但它只能进行加减法。这是一个带有一系列齿轮和轮子的木箱。当一个轮子旋转一圈时,它会旋转相邻的轮子。轮子顶部有一系列窗口以读取总数。该工具的图像如下所示;

帕斯卡林

阶梯式推算器或莱布尼茨轮

它是由德国数学家兼哲学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨于 1673 年开发的。他改进了帕斯卡的发明。这是一种数字机械计算器,被称为阶梯式推算器,因为它不是由齿轮制成的,而是由凹槽鼓制成的。见下图;

莱布尼茨轮

差分机

1820年代初,它是由被誉为“现代计算机之父”的查尔斯·巴贝奇设计的用来解决对数表的计算机,并且这台计算机采用蒸汽驱动,可以进行简单计算。

差分机

分析引擎

这台计算机也是由查尔斯·巴贝奇在 1830 年开发的。它是一台使用打孔卡作为输入的机械计算机。它不光能够解决任何数学问题还可以将信息永久存储。

制表机

它是 1890 年由美国统计学家 Herman Hollerith 发明的。这是一个基于打孔卡的机械制表机。它可以将统计数据制成表格并记录或分类数据或信息。在1890 年的美国人口普查时就使用的这种机器。Hollerith 还创办了 Hollerith 制表机公司,这就是IBM的原身。

制表机

差分分析仪

美国在1930 年推出的第一台电子计算机。它是 Vannevar Bush 发明的一种模拟设备。这台机器有真空管来切换电信号来执行计算。它可以在几分钟内完成 25 次计算。从图上来看,计算机已经从机械转为电子元件并且体型越来越大。

差分分析仪

马克一世

在1937年,计算机历史发生了新的变化,当时霍华德·艾肯计划开发一种可以执行大数据量计算的机器。1944 年,IBM 和哈佛合作开发了 Mark I 计算机。它是第一台可编程数字计算机。

电脑的进化历程

1946年,电子通道被开发出来进行计数。它取代了齿轮计数和其他机械部件。在每一代新电路中,电路都比上一代电路更小、更先进。这种小型化有助于提高计算机的速度、内存和性能。下面介绍电脑升级的5个大迭代:

第一代(1946-1958)年电子管数字计算机

这时的计算机速度慢、体积大且价格昂贵。在这个时代,真空管被用作 CPU 和内存的基本组件。计算机主要依靠批处理操作系统和打孔卡。这一代使用磁带和纸带作为输出和输入设备;

一些流行的第一代计算机是;

  • ENIAC(电子数值积分器和计算机)
  • EDVAC(电子离散变量自动计算机)
  • UNIVACI(通用自动计算机)
  • IBM-701
  • IBM-650

第二代(1958-1964)年晶体管数字计算机

这是晶体管的时代。计算机在这个年代使用的是便宜、紧凑且功耗更低的晶体管。同时它比第一代的计算机执行速度更快。在这一代,磁芯用作主存储器,磁盘和磁带用作辅助存储器。这些计算机中使用了汇编语言和编程语言,如 COBOL 和 FORTRAN,以及批处理和多道程序操作系统。

一些流行的第二代计算机是;

  • IBM 1620
  • IBM 7094
  • CDC 1604
  • CDC 3600
  • UNIVAC 1108

第三代(1964-1970)年集成电路数字计算机

这时候计算机使用集成电路(IC)而不是晶体管。单个IC可以封装大量晶体管,从而增加了计算机的功率并降低了成本,同时也变得更可靠、更高效且体积更小。这一代计算机使用远程处理、分时、多编程作为操作系统。此外,这一代还使用了 FORTRON-II TO IV、COBOL、PASCAL PL/1、ALGOL-68 等高级编程语言。

一些流行的第三代计算机是;

  • IBM-360 系列
  • Honeywell-6000 系列
  • PDP(个人数据处理器)
  • IBM-370/168
  • TDC-316

第四代(1971-1980)年超大规模集成电路计算机

这时候计算机已经采用超大规模集成电路(VLSI);包含数百万个晶体管和其他电路元件的芯片。这些芯片使这一代计算机更紧凑、更强大、更快速、更实惠。这一代计算机使用实时、分时和分布式操作系统。这一代还使用了 C、C++、DBASE 等编程语言。

一些流行的第四代计算机是;

  • DEC 10
  • STAR 1000
  • PDP 11
  • CRAY-1(超级计算机)
  • CRAY-X-MP(超级计算机)

第五代(1980年至今)智能计算机

在当年的计算机中,VLSI 技术被 ULSI(超大规模集成)取代。它使用千万级的芯片组成。这一代计算机使用并行处理硬件和 AI(人工智能)软件。这一代使用的编程语言有 C、C++、Java、Python 等。

一些流行的第五代计算机是;

  • 台式机
  • 笔记本
  • 超极本
  • 便携式电脑

第六代(研发中)生物计算机

下一代的计算机称为生物计算机,其主要原材料是借助生物工程技术(特别是蛋白质工程)生产的蛋白质分子,以它作为生物集成电路――生物芯片。在生物芯片中,信息以波的形式传递。当波沿着蛋白质分子链传播时,会引起蛋白质分子链子单键、双键结构顺序的改变。它的功能模仿人的大脑判断能力和适应能力,并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机。与以逻辑处理为主的第五代计算机不同,它本身可以判断对象的性质与状态,并能采取相应的行动,而且它可同时并行处理实时变化的大量数据,并引出结论。以往的信息处理系统只能处理条理清晰、经络分明的数据。而人的大脑活动具有能处理零碎、含糊不清信息的灵活性,第六代电子计算机将类似人脑的智慧和灵活性。

与普通计算机不同的是,由于生物芯片的原材料是蛋白质分子,所以,生物计算机芯片既有自我修复的功能,又可直接与生物活体结合。同时,生物芯片具有发热少、功能低、电路间无信号干扰等优点。

第六代电脑核心是十进制,它和二进制区分十分明显就是能识别自然语言的0,1,2,3,4,5,6,7,8,9的十进制;计算方式可兼容二进制的方式,中国的珠算等多种算法。二进制电脑用的是狭义控制论;而十进制则用的是“广义控制原理”;芯片陈列与二进制刚好正负极端,不超过一万个晶体管的计算范围就超过二进制几百万个的晶体管,无需寄存器,它使用“分差乘法”的技术可实现小数无数位限制,也就没有浮点计算的概念了。

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