电脑是根据什么原理发明的?

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电脑是根据什么原理发明的?,第1张

公元前5世纪,中国人发明了算盘,广泛应用于商业贸易中,算盘被认为是最早的计算机,并一直使用至今。算盘在某些方面的运算能力要超过目前的计算机,算盘的方面体现了中国人民的智慧。 直到17世纪,计算设备才有了第二次重要的进步。1642年,法国人Blaise Pascal(1623-1662)发明了自动进位加法器,称为Pascalene。1694年,德国数学家Gottfried Wilhemvon Leibniz(1646-1716)改进了Pascaline,使之可以计算乘法。后来,法国人Charles Xavier Thomas de Colmar发明了可以进行四则运算的计算器。 现代计算机的真正起源来自英国数学教授Charles Babbage。Charles Babbage发现通常的计算设备中有许多错误,在剑桥学习时,他认为可以利用蒸汽机进行运算。起先他设计差分机用于计算导航表,后来,他发现差分机只是专门用途的机器,于是放弃了原来的研究,开始设计包含现代计算机基本组成部分的分析机。(Analytical Engine) Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成,以今天的标准看也是非常原始的,然而,它勾画出现代通用计算机的基本功能部分,在概念上是一个突破。 在接下来的若干年中,许多工程师在另一些方面取得了重要的进步,美国人Herman Hollerith(1860-1929),根据提花织布机的原理发明了穿孔片计算机,并带入商业领域建立公司。 现代计算机发展历程 第一代电子管计算机 (1945-1956) 1946年2月15日,标志现代计算机诞生的ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)在费城公诸于世。ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑,它通过不同部分之间的重新接线编程,还拥有并行计算能力。ENIAC由美国政府和宾夕法尼亚大学合作开发,使用了18000个电子管,70000个电阻器,有5百万个焊接点,耗电160千瓦,其运算速度为每秒5000次。 第一代计算机的特点是操作指令是为特定任务而编制的,每种机器有各自不同的机器语言,功能受到限制,速度也慢。另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数据 . 第二代晶体管计算机 (1956-1963) 1948年,晶体管发明代替了体积庞大电子管,电子设备的体积不断减小。1956年,晶体管在计算机中使用,晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。1960年,出现了一些成功地用在商业领域、大学和政府部门的第二代计算机。第二代计算机用晶体管代替电子管,还有现代计算机的一些部件:打印机、磁带、磁盘、内存、操作系统等。计算机中存储的程序使得计算机有很好的适应性,可以更有效地用于商业用途。在这一时期出现了更高级的COBOL和FORTRAN等语言,使计算机编程更容易。新的职业(程序员、分析员和计算机系统专家)和整个软件产业由此诞生。 第三代集成电路计算机 (1964-1971) 1958年德州仪器的工程师Jack Kilby发明了集成电路(IC),将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。更多的元件集成到单一的半导体芯片上,计算机变得更小,功耗更低,速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统,使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。 第四代大规模集成电路计算机 (1971-现在) 大规模集成电路 (LSI) 可以在一个芯片上容纳几百个元件。到了 80 年代,超大规模集成电路 (VLSI) 在芯片上容纳了几十万个元件,后来的 (ULSI) 将数字扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降,而功能和可靠性不断增强。 70 年代中期,计算机制造商开始将计算机带给普通消费者,这时的小型机带有友好界面的软件包,供非专业人员使用的程序和最受欢迎的字处理和电子表格程序。 1981 年, IBM 推出个人计算机 (PC) 用于家庭、办公室和学校。 80 年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌,微机的拥有量不断增加,计算机继续缩小体积。与 IBM PC 竞争的 Apple Macintosh 系列于 1984 年推出, Macintosh 提供了友好的图形界面,用户可以用鼠标方便地操作

追溯先驱者的足迹,计算机的发明也是由原始的计算工具发展而来的。中国在2000多年前的春秋战国时期,劳动人民就独创了一种计算工具——算筹。从唐代开始,算筹逐渐向算盘演变。到元末明初,算盘已经非常普及了。随着人类社会生产的不断发展和社会生活的日益丰富,人们一直希望发明出一种能自动进行计算、存贮和进行数据处理的机器。因而,许多先驱者踏上了发明计算工具的艰难历程。1642年,法国著名的数学家帕斯卡率先迈出了改革计算工具的重要一步,成功地创造了一台能做加、减法的手摇计算机。

帕斯卡的加法器并不先进,但是这项工作是开创性的。在帕斯卡思想启发下,很多科学家开始向自动化、半自动化程序计算机发起挑战。

直到19世纪中叶以后,计算器同纺织技术的重大革新——程序自动控制思想结合起来,一些功能较全面的计算机器这才纷纷登上历史舞台。

冯·诺依曼与“埃尼阿克”奇异的天才、英国数学家巴贝奇于1822年设计完成的差分机就是其中一个佼佼者。这是一种顺应计算机自动化、半自动化程序控制潮流的通用数字计算机。

而真正揭开电子计算机新篇章的应该是“埃尼阿克”(ENIAC)的诞生。但“埃尼阿克”却没有真正的运控装置。大量运算部件是外插型的,每一步计算都要花很多时间先将程序连接好,准备工作繁琐,大大影响了运算速度。

后来,美籍匈牙利人冯·诺依曼提出了新的改进方案,这个方案所设计的计算机被称为“离散变量自动电子计算机”(英文缩写EDVAC,中文译为“埃迪瓦克”)。新方案中,冯·诺依曼提出采用二进制和存储程序的设想,从此,诺依曼博士毅然投身到新型计算机设计的行列中。

“埃尼阿克”还没问世,冯·诺依曼就洞察到它的弱点,并提出制造新型电子计算机“埃迪瓦克”的方案。和“埃尼阿克”比起来,“埃迪瓦克”这个长达101页的划时代文献是目前一切电子计算机设计的基础,虽然“埃迪瓦克”是集体智慧的结晶,但冯·诺依曼的设计思想在其中起到了重要作用。他的名字将永远铭记在人们心中。

从“埃尼阿克”诞生时起直至20世纪50年代末,是第一代计算机的快速发展时期。在60年代初期,美国突然出现了计算机的“爆炸性发展”的局面。从1951年到1959年,美国装机总数为3000多台。而从1960~1962年,短短3年即安装了7500台计算机。这段时期,为适应计算机工业生产和用户的大量需要,一些计算机厂家开始开发计算机族,即系列产品。例如,久负盛名的计算机公司——IBM公司相继推出了以科学计算为主的大型计算机族、大型数据处理机族和中小型通用计算机族。计算机的应用领域由此普及开来。