电子计算机的四个发展阶段(电子计算机的发展世代)

电子计算机的发展世代

吴国发

(2022年4月18日)

内容提要:从世界第一台电子计算机诞生以来,电子计算机的发展经历了四代:第一代,电子管计算机(1939年—1958年);第二代,晶体管计算机(1958年—1964年);第三代,集成电路计算机(1964年—1970年);第四代,大规模集成电路计算机(1971年至今)。至于第五代计算机是什么,尚无定论。

关键词:电子计算机 电子管计算机 晶体管计算机 集成电路计算机

电子计算机的发展世代主要是以硬件核心的质量水平为标准划分的。

1939年10月,美国爱阿华大学教授约翰•文森特·阿塔那索夫(John Vincent Atanasoff)发明了世界第一台电子计算机。

从世界第一台电子计算机诞生以来,电子计算机的发展经历了四代。

第一代:电子管计算机(1939年—1958年)

硬件方面:逻辑元件采用的是真空电子管;主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁心;外存储器采用磁带。

软件方面:采用的是机器语言和汇编语言。1954年,第一个高级程序设计语言FORTRAN问世。FORTRAN语言的设计者约翰·巴克斯(John Backus)在1977年获得图灵奖。

应用领域以军事和科学计算为主。

电子管计算机的缺点是体积大,功耗高,可靠性差,速度慢(一般为每秒数千次至数万次),价格昂贵。

第一台功能齐全的电子管计算机是ENIAC。

1946年2月14日,由美国军方定制的电子计算机“电子数字积分计算器”(Electronic Numerical And Calculator- ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC(埃尼阿克)是为美国奥伯丁武器试验场计算弹道需要而研制的。这台计算器使用了17840支电子管,大小为80英尺×8英尺;重达28吨,功耗为170 千瓦。ENIAC的运算速度为每秒5000次的加法运算。ENIAC的造价约为487000美元

电子计算机的四个发展阶段(电子计算机的发展世代)(1)

ENIAC计算机

第二代:晶体管计算机(1958年—1964年)

硬件方面:晶体管作为逻辑器件;磁心(Magnetic Core)作主存储器;磁带、磁鼓、纸带、卡片、卡片穿孔机和卡片阅读机作输入输出设备。

软件方面:使用操作系统;除机器语言和汇编语言外,使用高级程序设计语言(Algol、COBOL等)及其编译程序。Algol 60 语言的设计者彼得·诺尔(Peter Naur)获得2005年度的图灵奖。

应用领域:以科学计算和数据(广义的数据,包括文字、数学符号等)处理为主,并开始进入工业控制领域。

特点是体积缩小,能耗降低,可靠性提高,运算速度提高(一般为每秒数10万次,可高达300万次)。

第二代计算机的代表性机器是:IBM公司研制的IBM 7094和数字设备公司(Digital Equipment Company-DEC)研制的PDP-1。

第三代:集成电路计算机(1964年—1970年)

硬件方面:逻辑器件采用集成电路(Integrated Circuit-IC),包括小规模 (Small Scale Integration-SSI)集成电路和中规模(Middle Scale Integration-MSI)集成电路;主存储器仍采用磁心,并逐渐被半导体存储器取代。

软件方面:出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法;使用图形用户界面(Graphical User Interface-GUI)。

应用领域:科学技术计算,数据处理,图像处理,信息管理,工业控制。

特点是速度更快(一般为每秒数百万次至数千万次),而且可靠性有了显著提高,价格进一步下降,产品走向了通用化、系列化和标准化。

具有代表性的第三代电子计算机有:IBM公司的32位大型计算机(Mainframe) System360系列;控制数据公司(Control Data Corporation-CDC)的超级计算机(Supercomputer) CDC-6600、CDC-6700。

第三代小型机在计算机市场大受欢迎,其代表性机器是:DEC公司的8位小型机PDP-8和16位小型机PDP-11。

电子计算机的四个发展阶段(电子计算机的发展世代)(2)

第四代:大规模集成电路计算机(1971年至今)

硬件方面:逻辑器件采用大规模(Large Scale Integration-LSI)集成电路和超大规模(Very Large Scale Integration-VLSI)集成电路;主存储器使用半导体存储器;外存储器有磁鼓、磁盘、光盘、U-盘等。

软件方面:使用操作系统UNIX(包括Linux)、Windows等等;数据库管理系统(DBMS) dBase、Oracle等;多功能程序设计语言C 、Java等;面向对象的程序设计语言;各行各业的应用软件。

1971年11月,英特尔(Intel)公司研制的世界上第一台微处理器芯片4004在美国硅谷诞生,开创了人类使用微型计算机的新时期。

1976年,克雷(Cray)公司推出世界上首台运算速度超过每秒1亿次的超级计算机Cray-1。

应用领域:从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭,并且扩展到各个领域、各个行业。

我国于1983年研制成功每秒运算1亿次的银河Ⅰ巨型计算机以后;1993年研制成功每秒运算10亿次的银河Ⅱ型通用并行巨型计算机。2016年,超级巨型计算机“神威•太湖之光”峰值性能为12.5亿亿次/秒,运算速度世界第一。

电子计算机的四个发展阶段(电子计算机的发展世代)(3)

超级计算机“神威·太湖之光”

第五代:巨大规模集成电路计算机,或者具有人工智能的电子计算机

什么是第五代电子计算机?计算机界有两种观点:

其一,有些人沿着按集成电路的集成度划分计算机发展世代的标准,第五代电子计算机是“巨大规模集成电路(Ultra Large Scale Integration-ULSI)”计算机。这样,在硬件方面,第四代计算机与第五代计算机没有明显的分界线。

其二,很多人认为,第五代电子计算机是智能计算机,具有广博的知识、会自动学习、能够思维推理。这样,第四代计算机与第五代计算机的区别主要是在软件方面。而在硬件方面,第四代计算机与第五代计算机根本没有分界线。

此外,还有些人提出:第五代计算机是“原子计算机”、“分子计算机”、“量子计算机”、“生物计算机”等。但是,这些计算机都不是电子计算机。

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