湖北事业单位公共基础知识：计算机发展历程

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　　提到计算机，想必大家都不陌生。然而关于它的细节内容，大家又有多少了解呢。今天咱们就从计算机发展历程这一角度切入，从头开始了解有关计算机的细节内容吧。

　　一、计算机简介

　　计算机俗称电脑，是现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

　　由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。

　　二、计算机发展历程

　　(一)计算机的诞生

　　第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)诞生于1946年的美国宾夕法尼亚大学。ENIAC用了18000电子管、1500继电器、重30吨、占地170m3、耗电140kw、每秒计算5000次加法。冯•诺依曼首次提出存储程序的概念，将数据和程序一起放在存储器中，使得编程更加方便。几十年来，虽然对冯•诺依曼机进行了很多改革，但结构变化不大，仍然称为冯•诺依曼机。

　　ENIAC(十进制)，第一台电子计算机;EDVAC，第一台按存储程序控制设计的计算机;EDSAC，第一台实现存储程序控制的计算机。

　　(二)计算机的发展

　　1.第一代：电子管计算机(1946-1957)是采用电子管结构，不在是传统的人工书写，而是采用符号语言(即二进制)。这是一次伟大的飞跃，奠定了现代电子计算机技术基础。(PS:人类史上公认的第一台计算机1946年美国摩尔小组研发的ENIAC就是电子管计算机)。因此这一时代的计算机主要用于科学计算。

　　2.第二代：晶体管计算机(1957-1964)20世纪50年代中期。由于电子管元件在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点。

　　3.第三代：中小规模集成电路计算机(1964-1971)20世纪60年代中期，半导体技术日趋成熟，因其具备体型小、能耗小、安全可靠性高、成本低等特点，逐步取代了晶体管成为了推动集成电路计算机的中坚力量。

　　4.第四代：大规模和超大规模集成电路计算机(1971-2016)这一时期的计算机已经是很成熟了。其体积进一步缩小，性能进一步提高，出现了精简指令集计算机——微型计算机。其在社会上的应用范围进一步扩大，几乎所有领域都能看到计算机的"身影"。

　　5.第五代：指具有人工智能的新一代计算机，它具有推理、联想、判断、决策、学习等功能。目前主要在研发阶段。

	时间	电子元器件
第一代	1946年—1957年	电子管
第二代	1958年—1964年	晶体管
第三代	1965年—1970年	中小规模集成电路
第四代	1971年至今	大规模或超大规模集成电路

　　(计算机的发展历程表)

　　(三)计算机在中国的发展

　　1.1958年，成功研制国内第一台计算机103机。

　　2.1983年，国防科大研制成功我国首台亿次运算巨型机银河-I号。

　　3.2009年6月，研制成功我国首台百万亿次超级计算机曙光5000A“魔方”，峰值运算速度超过每秒200万亿次。

　　4.2009年11月，研制成功我国首台运算速度超千万亿次的超级计算机“天河一号”，峰值达每秒1206.19万亿次。

　　5.2010年，升级为“天河一号A”峰值运算速度达每秒2570万亿次，超过美国“美洲豹”的1570万亿次，成为当时世界运算速度最快的计算机。

　　6.2017年，中国超级计算机“神威·太湖之光”位于榜首，其浮点运算速度峰值可达每秒12.5亿亿次(125PFlops)，持续运算速度为每秒9.3亿亿次(93.9PFlops)。

　　三、计算机的发展趋势

　　(一)巨型化

　　为了适应尖端科学技术的需要，发展高速度、大存储容量和功能强大的巨型计算机。

　　(二)微型化

　　随着计算机的应用领域不断扩大，人们需要能够应用于各种领域、各种场合的体积更小，重量更轻，价格更低的计算机。

　　(三)网络化

　　计算机能够更快地接入网络，组成更广泛的网络，以实现资源共享和信息交换。

　　(四)智能化

　　计算机人工智能化是未来发展的必然趋势。现代计算机可以具备类似人类的思维能力，如推理、判断和感觉等。

　　(五)多媒体化

　　多媒体化是指要求计算机可以处理的媒体信息越来越多了。

　　例题练习

　　【题型】单选题

　　1.1946年5月2日，美国军方研制出世界上第一台计算机——埃尼阿克(ENIAC)的主要元器件是：

　　A.电子管

　　B.晶体管

　　C.集成电路

　　D.超大规模集成电路

　　【答案】A

　　【解析】第一步，本题考查计算机网络知识。

　　第二步，世界上第一台通用计算机“ENIAC”于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生。发明人是美国人莫克利和艾克特。ENIAC以电子管作为元器件，所以又被称为电子管计算机，是计算机的第一代。电子管计算机由于使用的电子管体积很大，耗电量大，易发热，因而工作的时间不能太长。

　　因此，选择A选项。

　　【拓展】①电子管，是一种最早期的电信号放大器件。被封闭在玻璃容器(一般为玻璃管)中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极(屏极)引线被焊在管基上。利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号，并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。

　　②晶体管是一种固体半导体器件，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流。与普通机械开关不同，晶体管利用电讯号来控制自身的开合，而且开关速度可以非常快，实验室中的切换速度可达100GHz以上。晶体管有三个极;双极性晶体管的三个极，分别由N型跟P型组成发射极、基极和集电极;场效应晶体管的三个极，分别是源极、栅极和漏极。

　　③集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

　　④超大规模集成电路是一种将大量晶体管组合到单一芯片的集成电路，其集成度大于大规模集成电路。集成的晶体管数在不同的标准中有所不同。从1970年代开始，随着复杂的半导体以及通信技术的发展，集成电路的研究、发展也逐步展开。计算机里的控制核心微处理器就是超大规模集成电路的最典型实例，超大规模集成电路设计(VLSI·design)，尤其是数字集成电路，通常采用电子设计自动化的方式进行，已经成为计算机工程的重要分支之一。

　　2.( )由国家并行计算机工程技术研究中心研制，全部采用中国国产处理器构建，是世界上首台峰值计算速度超过十京次的超级计算机，其峰值计算速度达每秒12.54亿亿次。

　　A.“神威·太湖之光”

　　B.“天河二号”

　　C.“曙光TC6000”

　　D.“深腾X8800”

　　【答案】A

　　【解析】第一步，本题考查计算机网络知识。

　　第二步，“神威·太湖之光”超级计算机是由国家并行计算机工程技术研究中心研制、安装在国家超级计算无锡中心的超级计算机。其安装了40960个中国自主研发的“神威26010”众核处理器，该众核处理器采用64位自主神威指令系统，峰值性能为12.5亿亿次/秒，持续性能为9.3亿亿次/秒。2020年11月，在第56期全球超算TOP500榜单中，神威太湖之光位列第四。

　　因此，选择A选项。

　　【拓展】B项：“天河二号”是由国防科学技术大学研制的超级计算机系统，曾以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能成为2013年全球最快超级计算机。2020年11月，在第56期全球超算TOP500榜单中，天河-2A位列第6。B项与题意不符，排除。

　　C项：“曙光TC6000”超级计算机采用曙光“星云”系统，该系统以其实测每秒达1271万亿次的Linpack峰值速度，成为亚洲和中国首台、世界第三台实测性能超千万亿次的超级计算机。C项与题意不符，排除。

　　D项：“深腾X8800”是联想推出的一款超级计算机，性能达到1127TFLOPS。2018年10月19日，联想深腾8800入选中国HPCTOP100榜单的第一百名。D项与题意不符，排除。

（编辑：陈老师）