本章回顾了计算机的发展史,简单介绍了微型计算机的组成,使读者对微型计算机有了初步的认识。
本章主要内容
& 微型计算机的组成
1801年,法国人约瑟夫·玛丽·雅卡尔(Joseph-Maire Jacuard)发明了第一台自动织布机。他在厚纸板上打出有图案的孔,通过每个孔控制组成编织经线中某一根纱的操作,在纸板上打出的各排孔就可以表示出复杂的图案。这是第一台可以“编程”的机器,每个孔相当于二进制计数法中的1或0。
19世纪30年代,英格兰拜伦爵士的女儿艾达·洛夫莱斯和她的同事查尔斯·巴比奇设计出一种计算机器,名为分析机(analytical engine)。这台机器脱胎于巴比奇在19 世纪20年代完成的差分机(difference engine),其设计的理念非常超前,类似于百年后的电子计算机,特别是利用卡片输入程序和数据的设计被后人所采用。
1880年,美国人口普查用了7年的时间进行统计,如果不采用新技术,就意味着1890年的统计将会超过10年,美国普查部门希望能得到一台机器帮助提高普查的效率。赫尔曼·霍勒瑞斯(Herman Hollerith)是制表机公司的创建人,他借鉴了巴比奇的发明,用穿孔卡片存储数据,并设计了机器,结果仅仅用了6周就得出了准确的数据(62622250人)。从此穿孔卡片成了数据存储和恢复的世界标准,Herman Hollerith的公司后来改名为国际商用机器(IBM)公司。
1946年,ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)是第一台真正意义上的数字电子计算机。它开始研制于1943年,完成于1946年,负责人是John W. Mauchly和J. Presper Eckert,它重30t,有18000个电子管,功率25kW,每秒能执行约5000次计算,采用冯·诺依曼的存储程序的体系,主要用于计算弹道和氢弹的研制。
1971年11月15日,Marcian E.Hoff在Intel公司开发成功第一块微处理器4004。它含2300个晶体管,是一个4位系统,时钟频率108kHz,每秒执行6万条指令。
1976年,Stephen Wozinak和Stephen Jobs创办苹果(Apple)计算机公司,并推出其Apple I 计算机。1977年5月Apple II型计算机的发布,开创了个人计算机(PC)的新世纪。1977年,个人计算机的销量是25000台;到1980年,这一数字上升为60万台,而1981年的个人计算机销量达到200万台。
1981年8月12日,IBM发布其个人计算机,售价2880美元。该机有64KB内存、单色显示器、可选的盒式磁带驱动器、两个160KB单面软盘驱动器带PC-DOS 1.0。这台计算机取得了比预想还要大的成功,至1981年底的4个月IBM就卖出了13000台PC。
1984年Apple的Macintosh的发布,开始了基于图形界面的操作系统。
1985年10月17日,Intel公司推出80386 DX。其时钟频率达到33MHz,可寻址1GB内存,每秒6百万条指令,集成275000个晶体管,PC从16位转向32位体系。
1990年5月,微软的Windows 3.0发布,这是一个新的时代的开端,计算机不再是专业人员的高技术工具,Windows使PC成为每个人可以简单、容易操作的大众产品。
1993年,Internet 开始商业化运行,其起源于美国国防部为冷战时防核打击不中断通信而设计的网络,是一个基于TCP/IP协议,完全开放和可自由互联的网络。通过WWW、E-mail和FTP等众多应用,把地球变成了“地球村”,带动了信息革命。
现代的传统计算机则是由艾兰·图灵(Alan M.Turing)和冯·诺依曼(Von Neumann)做了奠基性工作。按照采用的电子器件划分,计算机经历了电子管(1946~1958年)、晶体管(1958~1964年)、集成电路(1964~1971年)、超大规模集成电路VLSI(1971年至今)4个阶段的发展。
计算机网络的发展特点是计算机与通信紧密结合,计算机融于网络之中。
由于VLSI技术不断发展,微型计算机按其采用的中央处理器来划分走过了4位/低档8位(1971~1973年)、8位(1974~1978年)、16位(1978~1984年)、32位(1985~1992年)、64位(1992年至今)五代。在微型计算机发展过程中,特别值得一提的是Intel系列芯片和PC系列微型计算机,通常按微型计算机采用的Intel系列CPU芯片单独将其分代:第一代8088(1981~1984年)、第二代80286(1984~1986年)、第三代80386(1986~1989年)、第四代80486(1989~1993年)、第五代Pentium(&AMD K5)(1993~1995年)、第六代Pentium Pro/II/III(&AMD K6-2/3/K7)(1995~2000年)、第七代Pentium 4(&Athlon XP)(2000年至今),从第一代到第七代,微处理器芯片内部集成的晶体管数从2.9万个发展到l.78亿个甚至更多,CPU时钟频率从5MHz发展到4GHz甚至更高。
(1)第一代(1952~1957年):也称真空管时代计算机,自1952年进入实用化时代。在美国经过试验研究阶段后,计算机就作为商品出售,因而在民间企业也开始使用。这个时代的计算机主要使用真空管,因此也称为真空管时代。
(2)第二代(1958~1963年):经过对第一代计算机的改良,第二代计算机在性能方面有了发展,演算单元也从真空管转换为电晶体,因此,称此时代为晶体管时代。在记忆单元使用磁心为本时代的特征之一。由于全面使用晶体管,以及计算机内部回路理论的发展等,促进了演算或记忆的高速化和安定化。在电路单元使用真空管和使用晶体管,其性能和安定性方面有很大的差异。真空管的寿命比较短暂,而晶体管的寿命几乎等于半永久的,其信赖性也比真空管高100倍,计算机迎来了晶体管的黄金时代。在此时代出现了各种用途的计算机,也就是制造出科学技术计算处理、事务数据处理或两者通用的计算机。这个时代的特色是编写程序系统(programming system)的运用。由于编写程序系统的出现,使对于指挥计算机运转的程序(处理程序手册、程序)的编写更容易。编写程序系统未被运用以前,人类以机器语言编写程序。机器语言就是计算机所能理解的语言,是一种既繁杂又难于应付的语言。
(3)第三代(1964~1970年):第三代计算机在计算机的装置及利用方面均有更高的发展。在计算机装置方面的进步为电子回路开始采用集成电路(Integrated Circuit,IC)。集成电路为一个大小约1mm四方的,其中排组了晶体管或二极体(diode)、电阻等的电路,其内排组是一个大约具有20个晶体管、40个电阻或电容器(condenser)等性能的电路。由于采用了集成电路,计算机的机型便显得轻巧玲珑了。但是其更大的优点是促进了计算机的高性能化、高信赖化、动作的高速化。但是大型机种的维护费较高,由于性能好,在瞬间之内能将所有需要处理的工作做完,故有时反而使得计算机几乎成为闲置品。因此,选用计算机时应配合企业规模和作业量,才算最为经济。在此种情形下,在第二代以前,更换计算机的硬件(hardware)时势必同时更换软件(software),也就是电子指令书——程序(program)必须随同重写。这种工作对企业而言是莫大的负担。
(4)第四代进入微型电子计算机时代,微型计算机的构想是1969年8月由一位年轻的设计人员提出来的。他设想在中规模逻辑集成电路的基础上研制一种标准化的大规模集成电路,这样,就能把计算机的体积再次缩小成微型计算机。1971年,Intel公司首次宣布单片4位微处理器4004试制成功,它所采用的硅片为10.6m2,集成度达到相当于2200个晶体管,从此揭开了微型机发展的帷幕。微型机以小巧的身躯、灵活的方式和低廉的价格迅速进入了办公室、商店、工厂、实验室和家庭。1973年,Intel公司又宣布研制成微处理器8080,使单片的集成度提高到4800个晶体管。微型处理器更广泛地引起了人们的兴趣。在此基础上制造出一种体积小、价格低,适合家庭、个人和小企业、实验室使用的微型计算机,这种微型计算机的可靠性已经达到像电视机、电冰箱等家用电器一样的水准,价格也很便宜,因此被称为个人计算机,受到广泛的欢迎。个人计算机的创始人乔布斯和沃兹尼艾克为纪念当年在苹果园工作时的艰辛岁月,便把公司取名为Apple公司,即苹果公司,并把公司的产品命名为苹果II型,最初创制的单板微型计算机称为苹果I型。
(5)第五代是正在研制中的新型电子计算机,它由超大规模集成电路和其他新型物理元件组成,具有推论、联想、智能会话等功能,并能直接处理声音、文字、图像等信息。第五代计算机是一种更接近人的人工智能计算机,它能理解人的语言、文字和图形,人无须编写程序,靠讲话就能对计算机下达命令,驱使它工作;它能将一种知识信息与有关的知识信息连贯起来,作为对某一知识领域具有渊博知识的专家系统,成为人们从事某方面工作的得力助手和参谋。第五代计算机还是能“思考”的计算机,能帮助人进行推理、判断,具有逻辑思维能力。从理论上和工艺技术上看,它与现在的计算机也有根本的不同,它问世以后提供的先进功能以及摆脱了传统计算机的技术限制,必将为人类进入信息化社会提供一种强有力的工具。