落秋文学

电子计算机（第1页）

电子计算机

最早的电子计算机

第1台电子计算机是1946年由美国宾夕法尼来亚大学两位年轻的工程师埃克特（Eckert）和莫克莱（Mauchley）制造的。这台计算机叫ENIAC（电子数字积分计算机），它采用了18000个电子管，70000个电阻，6000个开关，重30吨，占地140平方米，每秒可运行5000次加法计算。但埃克特和莫克莱只是制造了第一台电子计算机。而最早研制自动化计算工具的是英国人查尔斯·巴贝奇（CrihadesBabbage，1791-1871）。他19岁就学于剑桥大学，他是运筹学和企业科学处理的创始人，英国皇家学会会员，但巴贝奇毕生的精力都用于研制计算机。31岁时研制的机械式的加法机，能够自动完成整个计算过程。后来他又设想搞一台大型自动工作的分析机，包括五部分：输入命令的穿孔卡，控制运算自动进行的控制装置，称为“工场”的运算装置和称为“仓库”的存储装置以及自动输出结果的打印装置。与今天的计算机何其相似。但由于当时的技术水平和工艺水平所限，终未能完成。巴贝奇死后73年（1944年）美国哈佛大学的艾肯（Aiken）在IBM公司的支持下，研制了一台自动程序控制的数字计算机MKl号，完全是按照巴贝奇的设想制作的。但艾肯比巴贝奇幸运，他使用了继电器，但这仍不是电子计算机，只是机电式的。两年后，埃克特和莫克莱用电子管制造出了真正的电子计算机。现在，计算机已成为不可缺少的信息处理工具。

电子计算机的发展

自从第一台电子计算机诞生后，从1946年到1957年的10年间，计算机的制造都是以电子管为主要的部件，因此价格昂贵，且原件易损，很难长时间的无故障运行。主要应用于科学计算。这一时期称为电子管时代。

1958年到1963年，随着电子元件的更新，晶体管达到实用阶段，并利用到了计算机的生产中，晶体管体积小、耗电小、重量轻、价格低，工作稳定，用它制成的计算机每称钟能进行几十万甚至上百万次运算。计算机的应用范围也由此扩展到了数据处理、自动控制等领域。这一时期被称为晶体管时代。

1964年到1970年，中小规模的集成电路（把许多电子元件例如晶体管、电阻……做在一小块芯片上），广泛地使用到了计算机生产上，这样一来计算机体积就急剧的减小，应用进一步深入。1970年以后，称为计算机的第四个时代——大规模集成电路时代，在一个只有几平方毫米的半导体芯片上可以放得下几十万甚至上百万的电子元件，计算机体积急速下降，性能却大大增强。

计算机发展之快，举个简单的例子你就可以有点体会。在庆祝第一台电子计算机ENIAC诞生35周年的典礼上，美国宾夕法尼亚大学的学生在耗资40万美元的ENIAC和在当时市场上售价不到5000美元的微型机之间安排了一场比赛，要求两者都计算从0到10000的所有整数的平方，结果ENIAC用了6秒，而那台微型机仅用了1／3秒。由此可见计算机发展得是多么的快。

近十多年来，软件系统的飞速发展是第四代计算机的又一明显特征。高级语言、操作系统、数据库、各类应用软件的研究和应用越来越深入、完善，使计算机的应用普及到现代社会的每个领域。

我国于1975年开始研制大规模集成电路。亿次巨型计算机于1983年研制成功。微型计算机在我国的产量成倍增长。

1983年世界上出现了集成两万个电路的超大规模集成电路。从此科研人员开始将目光放在了第五代计算机——人工智能计算机的研制开发上。

第五代电子计算机比前四代都要优越，因为它采用并行式工作方法，而第一至第四代计算机是采用串行式工作方法。

什么是串行式和并行式?举个例子来说，如果有许多人要通过某一地段，是排成一路纵队“串行”通过快呢，还是排成一排，一路横队“并行”通过快呢?答案当然是后者。这种排成一路横队的方式叫并行式，而排成一路纵队，一个个走的叫串行式。

由于第五代电子计算机采用并行式的工作方法，它接受任务后，把任务分解成几个部分，同时对这几部分进行处理。因此，第五代电子计算机的处理速度要比前四代电子计算机快得多，每秒钟可运行1000亿次，比目前的高速计算机高1000～2000倍，所以，它比前四代电子计算机更先进。

第六代计算机——生物计算机

被称为第六代计算机的生物计算机，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中单链、双键结构顺序的改变。因此，当一列波传播到分子链的某一部位时，它们就像硅集成电路中的载流子（电流的载体叫做载流子）那样传递信息。由于蛋白质分子比硅芯片上的电子元件要小得多，彼此相距很近，因此，生物元件可小到几十亿分之一米，元件的密集度可达每平方厘米10～100万亿个，甚至1000万亿个门电路。

生物芯片具有天然的立体化结构，它的密集度比平面型的硅集成电路高3～5个数量级。这就意味着，生物计算机每完成一项运算，所需的时间仅为目前硅集成电路计算机的万分之一。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、功耗低、电路间无信号干扰等优点。

光计算机

光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机。

为什么要研究光计算机呢?因为光计算机有许多优点。

首先，传递信息速度快。电脑中的电子运动速度在理想情况下是光速，但在导体中的速度，最高不会超过每秒500千米，还不及光子流在导体中速度的10％，目前电脑的运算速度预计比光计算机慢上千倍。

其次，可以很容易实现并行处理信息。电脑中的电子是沿固定线路流动的。光计算机中利用反射镜、棱镜、分光镜等，可以随意控制和改变方向，这样，在传递信息时，光束不需要导体了，可以相互交叉而不损失信息。有人作过这样的比喻：如果将电子通道比作铁路网，光子通道比作空中航线，那么，作为“火车”的电子将沿着“铁轨”运行，当“火车”过“站”时，需降低速度。而作为“飞机”的光子却可以笔直地飞达目标，甚至在横越其它“飞机的航线”时，也不用减速。铁路网的密集度毕竟是有限的，而空中航线的密集度几乎是无限的，一块直径只有五分硬币大小的棱镜，通过信息的能力却是现在全世界电话电缆的许多倍。

光计算机比电子计算机更先进，它的运算速度至少比现在的计算机快1000倍，高达一万亿次，存储容量比现在的计算机大百万倍。光计算机能识别和合成语言、图画和手势。能学习文字，连潦草的手写文字都能辨认；不仅如此，在遇到错误的文字时，它还能“联想”出正确的字形。光计算机的出现，将使21世纪成为人机交际的时代。

光计算机的运用非常广泛，特别是在一些特殊领域，比如预测天气、气候等一些复杂而多变的过程，还可应用在电话的传输上。由于现在的通信已发展到光纤通信，使用电子计算机，就必须把光信号变为电信号，如果使用光计算机，就不必了，这也就方便多了。

现在，全世界除了贝尔实验室外，日本和德国的其他公司都投入巨资研制光计算机，预计在21世纪，将出现更加先进的光计算机。

模糊计算机

日常生活中常碰到诸如天气怎么样啦，近来有何打算、身体可好啊等等发问。若仔细推敲，与准确的数字式提问，如1+1等于几比较，均是非确切性问题，这在数学上叫做模糊性问题。同样，由模糊性陈述或判断所表示的概念叫做模糊性概念，如美与丑、黑与白、明与暗、臭与香、胖与瘦、好与坏、高与矮等，虽然相互背道而驰，但在它们中间也没有泾渭分明的界限，属于模糊概念。在民间，虽然有很多事情是清晰而精确的，但大量事情却是模糊的。错综复杂的事情使系统很难作出精确描述，对系统起作用的因素有许多，倘若我们抓住了其中的主导因素，便会忽略次要的，这在数学上很容易使概念由精确变得模糊。反过来，如果把次要的当成主要的，则会使概念更加模糊。要解决这种模糊性问题只能通过模糊推理才能得出结果，这种本领只有人类大脑具有。人在长期进化中与自然作斗争，使大脑有了这种独有的处理问题的功能。现有的计算机，甚至将来的神经元网络计算机都没有这种功能，只有模糊计算机才有。

第一个模糊逻辑片在1985年设计制造成功。它一秒钟内能进行八万次模糊逻辑推理。目前，正在制造一秒钟内能进行64．5万次模糊推理的逻辑片。用模糊逻辑片和电路组合在一起，就能制成模糊计算机。

日本科学家把模糊计算机应用在地铁管理上。日本东京以北320千米的仙台市的地铁列车，在模糊计算机控制下，自1986年以来，一直安全、平稳地行驶着。车上的乘客可以不必攀扶拉手吊带。因为，在列车行进中，模糊逻辑“司机”判断行车情况的错误，几乎比人类司机要少70％。

1990年，日本松下公司把模糊计算机装在洗衣机里，能根据衣服的肮脏程度、衣服的质料调节洗衣程序。我国有些品牌的洗衣机也装上了模糊逻辑片。人们又把模糊计算机装在吸尘器里，可以根据灰尘量以及地毯的厚实程度调整吸尘器功率。

模糊计算机还能用于地震灾情判断、疾病医疗诊断、发酵工程控制、海空导航巡视等方面。

计算机的物理装置——硬件

硬件亦称“硬设备”是整个计算机系统的物理装置，是由电气、机械及其他器件所组成的全部部件和实体。

计算机的硬件一般分为五部分：1．输入装置，是将人们预先给定的计算步骤及原始数据送入计算机的装置。它相当于人的感觉器官或笔，通过穿孔卡、穿孔带、磁带接受外来的信息，并将其送进计算机中储存起来。2．存储器，是记录和保存原始数据，运算步骤和中间计算结果的装置。它相当于人的大脑的记忆部分或纸，来自输入装置的信息在这里存储起来。其中，内存储器主要存入随时取用的信息，存取时间较短；外存储器则存一些相对来说不太常用的信息，存取时间较长。3．运算器，是进行各种基本运算的装置。它相当于算盘，将存人的信息自动进行运算、整理、判断、分析，再将运算的结果送入存储器。4．输出装置，是报告计算结果的装置。它相当于人的反应器官或笔。常用的输出装置有打印机、荧光屏显示装置等。5．控制器，是控制和指挥整个计算机的信息处理的装置。它是计算机的核心装置，相当于人的大脑和手。人们计算一个问题，一般需要纸、笔、计算工具如算盘，以及使用这些计算工具的人，电子计算机硬件的五个组成部分即与之相似。

计算机程序的总和——软件