計算機信息歷史研究

吳沐恩

摘 要：計算機是一種能夠按照程序自動計算、處理、儲存記憶的現代化智能電子設備，作為20世紀影響力最大的科技發明之一，計算機對人類生活帶來深遠變革，帶動全球科技進步和產業升級。本文對計算機發展歷史進行詳細回顧，同時論述計算機在現代社會的應用領域，力圖把握計算機的發展階段和技術創新趨勢，以此為基礎展望未來計算機發展前景。

關鍵詞：計算機 發展歷史 應用領域

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（c）-0004-02

1 計算機發展歷史回顧

計算機技術的確切誕生時間在20世紀40年代，美國賓夕法尼亞大學教授John W.Mauchly和J Presper Eckert共同為美國陸軍軍械部阿伯丁彈道研究室研制了一臺用于彈道軌跡計算的電子數字計算機，它就是全世界第一臺真正意義上的計算機“ENIAC”。“ENIAC”體積龐大，重量超過30t，占地超過170m2，內部結構包括18000只電子管，7000只電阻，10000只電容，50萬條電線和超過6000個開關，據悉其每小時耗電量達140kW，運行速度為5000次/s，被視為“電腦時代的開端”。以“ENIAC”為代表的計算機屬于第一代計算機，其對早期電動計算機技術進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器語言，雖然能夠有效提高計算速度但不利于操作和修改，同時龐大的體積和復雜的構造對其廣泛投入應用帶來不便。

20世紀50年代以來全球電子技術進一步發展，晶體管取代電子管成為計算機主要元件，晶體管所需空間明顯小于電子管，同時自身構件消耗和耗電量極低，無需預熱即可進行使用，運用晶體管的計算機體積更小且性能得到增強。1954年美國貝爾實驗室研制出第一臺晶體管計算機“TRADIC”，1955年美國首次在洲際導彈上使用小型晶體管計算機，1958年美國IBM公司研制出全球第一臺全部使用晶體管元件的計算機RCA501型。這一時期的計算機稱為第二代計算機，其采用快速磁心儲存器，每秒能夠完成15000次加法運算或50000次乘法運算，還具有使用壽命長，維護保養簡單等優勢。我國于1965年研制出中國第一臺大型晶體管計算機“109乙機”，1967年研制出技術升級的“109丙機”，為我國國防科技發展做出重要貢獻。

第三代計算機又稱集成電路計算機，原本各自獨立的電阻、電容、晶體管等元件被組成在一個元件內構成計算機主要功能部件，主儲存器為半導體儲存器，運算速度提升至幾十萬次每秒，應用范圍擴大至信息管理、數值計算、工作自動化控制、計算機輔助教學（CAI）等。集成電路取代晶體管后計算機的體積進一步縮小，內部元件耗能更小且造價成本更低，為計算機應用融入人們生產和生活領域奠定技術基礎。我國在1973年至80年代初期開始中小規模集成電路計算機研究，1973年北京大學、北京有線電廠等單位聯合研制出運算速度達100萬次/s的大型通用計算機，1974年清華大學等單位聯合設計出DJS-130小型計算機和DJS-140小型機，在集成電路計算機研制方面開創系列化生產之路。

集成電路技術在20世紀60年代末和70年代初得到迅猛發展，眾多元件能夠集中在面積極小的硅晶片上形成大規模集成電路和超大規模集成電路，由此推動形成第四代計算機。美國研制的ILLIAC-IV計算機是全球首臺以大規模集成電路為儲存單元和邏輯元件的計算機，標志著計算機設計已經進入第四代階段，1974年英國曼徹斯特大學研制的ICL2900計算機、1975年美國阿姆爾公司研制的470V/6型計算機、1976年日本富士通公司研制的M-190型計算機是第四代計算機中較有代表性的系列。我國從80年代中期開始第四代計算機的研制，主要采用Z80、X86和6502芯片在微型機領域進行科研，雖然起步時間晚于英美等發達國家，但以后來居上的姿態取得不凡成果。第四代計算機經歷過4個發展時期，1971—1973年間以四位微型機和八位微型機為主，1973—1977年間在MCS-80型之外出現TRS-80型和APPLE-II型，1978—1983年間十六位微型機得到快速發展，1983年后出現三十二位微型機，計算機的核心性能不斷得到優化。這一時期的計算機研制出現兩極化的發展趨勢，一方面微型機逐漸向個人應用和網絡化方向發展，另一方面大型機向專業化、巨型化方向發展，逐漸出現每秒運算量超過一億次的超級計算機。

1981年日本率先宣布開始研制第五代計算機，所謂第五代計算機指信息采集、處理、儲存功能智能化，在處理一般數據以外具有推理、聯想、學習和解釋等知識處理能力的計算機。在性能提高的基礎上其應用范圍和涉及技術領域明顯擴大，問題推理、知識庫管理和智能化人機接口是第五代計算機的三大主要結構，尤其是智能化人機接口能夠運用人類習慣的方式進行信息傳輸和處理，以自然語言作為最高級用戶語言的模式使非專業人員也能順暢操作計算機。不可否認，第五代計算機的研制帶動軟件產業發展，同時推動光學器件、光纖通信技術等一系列硬件設施的創新，極大地改變了人類生活方式。

目前人類已經進入第六代計算機—生物計算機的研制時代，通過生物工程技術生產的蛋白質分子制造生物芯片，使得信息波在計算機內部的流動方式貼近人體大腦運作方式，從而具有類似于人體大腦的適應力和判斷力。1994年美國運用生物計算機原理成功解決虛構的7個城市間最佳道路走向，2000年美國采用最新表面化學技術極大簡化了生物計算機的運算程序，為生物計算機真正問世掃清障礙，2004年我國首次在試管中完成DNA計算機雛形研究工作，在實驗中將自動機與表面DNA計算相結合，表明我國的生物計算機研究取得重大進展。

2 計算機在當代的應用領域

計算機在不斷更新換代中已經由體積龐大、操作復雜的科技產品成為與人們日常生活息息相關的“必需品”，隨著社會發展，計算機應用走進千家萬戶、千行萬業，深刻改變了人們的生活、學習和工作方式。數據處理和科學計算是計算機出現以來最基礎的應用，從生活層面來看，財務賬單錄入、人事管理、圖書資料管理、商業數據分享、文獻檢索等工作都需要計算機參與，據統計全球計算機用于數據處理的工作量占總工作量的80%以上；從科研層面來看，小到人們每日需要的天氣預報和自然災害預警，大到航空器、火箭、導彈的設計都離不開計算機的精確計算。自動控制指借助計算機對某一任務實行自動操作，一些高精尖設備企業、石油化工企業和航空航天企業生產線設計復雜，操作難度高且具有一定程度危險，計算機能夠按照預設目標和流程進行自動控制，不僅釋放人力，減少人力成本，還提高了生產效率和產品質量。

人工智能是近幾年較為流行的計算機應用類型，雖然科研仍未完全成熟，但在部分領域的運用情況表明其具有巨大的發展潛力。智能醫療診斷系統、多國語言實時翻譯系統、機器人等都屬于人工智能范疇，計算機模擬人腦功能而具有“思維”能力，使得計算機能夠替代部分人類行為并創造大量優質效益。除此以外，計算機網絡、計算機輔助設計、多媒體都是計算機應用領域，人們能夠借助多媒體觀看高清電影，玩轉VR游戲，能夠利用計算機繪圖，制作課件和動畫，能夠在全球最大的互聯網Internet上自由瀏覽信息，選購商品，與遠在地球另一邊的陌生人互動，也能夠通過計算機進行遠程學習，參加遠程會議，可以說豐富的計算機應用使人們的生活發生天翻地覆的變化，讓每個人擁有更多元化的選擇空間和更個性的生活方式。

3 結語

縱觀20世紀以來全球計算機發展歷史，可以看到正是因為一代代有志之士的竭誠努力，計算機技術才得以獲得一次次跨越式進步，計算機才能夠走進人們生活發揮重大的作用。感悟過去是為了展望未來，回顧計算機發展歷史能夠為我國計算機科研提供新的靈感和思路。同時也能夠為我國的信息化戰略提供更好的幫助與支持。

參考文獻

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