计算机技术发展趋势,及其各种计算机技术的介绍
一、计算机的发展过程
1、计算机的诞生
1946年2月,在美国宾夕法尼亚大学研制出了第一台电子数字积分计算机(electronic numerical integrator and calculator,ENIAC),中文译为埃尼阿克。它标志着第一代计算机的诞生。
20世纪40年代初,第二次世界大战战事正酣,由于导弹、火箭、等现代科学技术的发展,出现了大量极其复杂的数学问题,原有的计算工具已无法满足要求;而当时电子学和自动控制技术的迅速发展,也为研制新的计算工具提供了物质技术条件。于是1943年,在美国陆军作战部的资助下,由物理学家莫奇利(John W. Mauchly)博士和埃克特(J. Presper Eckert)博士领导的研究小组开始设计制造电子计算机。该机于1946年2月正式通过验收并投入运行,一直服役到1955年,这是世界上首台真正能自动运行的电子计算机。它使用了18800只电子管,1500多只继电器,7000多只电阻,耗电150kW,占地面积150㎡,重量超过30t,每秒能完成5000次加法运算。ENIAC的主要缺点是存储容量太小,只能存储20个字长为10位的十进制数,基本上不能存储程序,每次解题都要依靠人工改接连线来编程序。尽
管存在许多缺点,但是它为计算机的发展奠定了技术基础。
千纸鹤的折法计算机的诞生标志着人类在长期生产劳动中制造和使用的各种计算工具(如算盘、计算尺、手摇计算机、机械计算机及电动齿轮计算机等)的能力,随着世界文明的进步飞跃发展到了一个崭新的阶段,同时也标志着人类电子计算机时代的到来,具有划时代意义。
2、计算机的发展阶段(计算机的发展阶段通常按照计算机中所采用的电子器件来划分,可分为4个阶段。)
第一阶段:(1946—1958年)
第1代计算机是电子管计算机,采用电子管作为计算机的逻辑元件,内存储器为水银延迟线,外存储器为磁鼓、纸带、卡片等。内存容量为几千个字,运算速度为每秒几千到几万次基本运算。它采用二进制表示的机器语言或汇编语言编写程序,主要用于军事和科研部门进行数值运算。
第1代计算机的典型代表是1946年美籍匈牙利数学家冯·诺依曼(Von Neumann)博士与他的同事们在普林斯顿研究所设计的存储程序计算机EDVAC(electronic discrete variable a
utomatic computer,埃德瓦克)。它的设计与ENIAC不同,体现了“存储程序原理”和“二进制”的思想,产生了所谓的冯·诺依曼型计算机结构体系,对后来计算机的发展有着深远影响。代表机型:ENIAC.、EDVAC、IBM701.
第二阶段(1958—1964年)
我想牵着你的手歌词第2代计算机是晶体管电路计算机,采用晶体管制作计算机的逻辑元件,内存储器多为磁芯存储器,外存储器为磁盘、磁带等。第2代计算机体积缩小,功耗降低,功能增强,可靠性大大提高,运算速度提高到每秒几十万次基本运算,内存容量扩大到几十万字。同时,软件技术也有了很大发展,出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级程序设计语言。计算机的应用从数值计算扩大到数据处理、工业过程控制等领域,并开始进入商业市场。代表机型:IBM7030、CDC6600、IBM7090、IBM7094、IBM7040、IBM7044等。
第三阶段(1964—1975年)
第3代计算机的基本电子元器件由小规模、中规模集成电路(Integrated Circuit)构成。随着固体物理技术的发展,集成电路工艺已可以制作在几平方毫米的单晶硅基片上集成几个
到几十个电子元件(逻辑门)的小规模或中规模集成电路。内存储器已开始采用半导体存储器芯片,存储容量和可靠性都有了较大提高,计算机同时向标准化、多样化、通用化、机种系列化发展。高级程序设计语言在这个时期有了很大发展,出现了人机会话式语言BASIC,特别是操作系统的逐渐成熟,成为第3代计算机的显著特点。代表机型:IBM360、IBM370、PDP-8、PDP-11、CDC7600等。
第四阶段(1975年至今)
第4代计算机采用大规模集成电路(large scale integration,LSI)和超大规模集成电路(very large scale integration,VLSI)技术,在硅半导体基片上集成几百到几千甚至几万个以上的电子元器件。计算机的运算速度可达每秒几百万次甚至上亿次基本运算。在软件方面,出现了数据库系统、分布式操作系统等,软件配置空前丰富,应用软件的开发已逐步成为一个庞大的现代化产业。
在研制出运算速度达每秒几亿次、几十亿次,甚至百亿次的巨型计算机的同时,微型计算机的产生、发展和迅速普及是这一时期的一个重要特征。微型计算机诞生于20世纪70年代,80年代得到迅速推广。由于它的出现使计算机的应用已经涉及到人类生活和国民经济
的各个领域,并且进入了家庭,同时也为计算机网络普及化创造了条件。微型计算机的出现与发展是计算机发展史上的重大事件。
第五阶段
人工智能
二、计算机遵循的原理
    目前使用的计算机遵循冯·诺尔曼的计算机工作原理即程序存储和程序控制。这种原理的主要特点是计算机内部采用二进制来表示指令和数据、计算机能够自动执行编好的程序。在该原理指导下的计算机运行程序的过程就是逐条执行指令,执行一条指令分为四个基本操作:
    取出指令:从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存。
    分析指令:把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器,译出该指令对应的操作。
    执行指令:根据指令译码,向各个部件发出相应的控制信号,完成指令规定的操作。
形成下一条指令地址:为执行下一条指令做好准备。
三、计算机的分类
分类
元曲名句
从计算机的类型、工作方式、构成器件、操作原理、应用环境等划分,计算机有多种分类。
从数据表示来说,计算机可分为数字计算机、模拟计算机以及混合计算机三类;数字计算机按构成的器件划分,曾有机械计算机和机电计算机,现用的电子计算机,正在研究的光计算机、量子计算机、生物计算机、神经计算机等等。 各种计算机(5张);电子计算机就其规模或系统功能而言,可分为巨型、大型、中型、小型、微型计算机和单片机。   
综合起来说,计算机的分类是这样的:
(1)按照性能指标分类:①巨型机:高速度、大容量;②大型机:速度快、应用于军事技术科研领域;③ 小型机:结构简单、造价低、性能价格比突出;④微型机:体积小、重量轻、价格低。
(2)按照用途分类:①专用机: 针对性强、特定服务、专门设计;② 通用机:科学计算、数据处理、过程控制解决各类问题。
(3)按照原理分类:① 数字机:速度快、精度高、自动化、通用性强;② 模拟机: 用模拟量作为运算量,速度快、精度差;③ 混合机: 集中前两者优点、避免其缺点,处于发展阶段。
四、几种计算机介绍
1、巨型机
具有很强的计算和处理数据的能力,主要特点表现为高速度和大容量,配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。巨型计算机实际上是一个巨大的计算机系统,主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报,整理卫星照片,原子核物的探索,研究洲际导弹、宇宙飞船等,制定国民经济的发展计划,项目繁多,时间性强,要综合考虑各种各样的因素,依靠巨型计算机能较顺利地完成。
巨型机的发展:
早期阶段
50年代中期的巨型机有 UNIVAC公司的LARC机和 IBM公司的 Stretch机。这两台计算机分别采用了指令先行控制、多个运算单元、存储交叉访问、多道程序和分时系统等并行处理技术。60年代的巨型机有CDC6600机和7600机,它们都配置有多台外围处理机,主机的中央处理器含有多个独立并行的处理单元。70年代出现了现代巨型计算机,其指令执行速度每秒已达5000万次以上,或每秒可获得2000万个以上的浮点结果。
成熟阶段
现代巨型机经历了三个发展阶段。第一阶段有美国ILLIAC-Ⅳ(1973年)、STAR-100(1974年)和ASC(1972年)等巨型机。ILLIAC-Ⅳ机是一台采用64个处理单元在统一控制下进行处理的阵列机,后两台都是采用向量流水处理的 向量计算机 。1976年研制成功的CRAY-1机标志着现代巨型机进入第二阶段。这台计算机设有向量、标量、地址等通用寄存器,有12个运算流水部件,指令控制和数据存取也都流水线化;机器主频达80兆赫,每秒可
获得8000万个浮点结果; 主存储器 容量为100~400万字(每字64位),外存储器容量达10 9 ~10 11 字;主机柜呈圆柱形,功耗达数百千瓦;采用氟里昂冷却。图中为这种机器的逻辑结构。中国的“银河“亿次级巨型计算机(1983年)也是多通用寄存器、全流水线化的巨型机。运算流水部件有18个,采用双向量阵列结构,主存储器容量为200~400万字(每字64位),并配有磁盘海量存储器。这些巨型机的系统结构都属于单指令流多数据流(SIMD)结构。80年代以来,采用多处理机(多指令流多数据流MIMD)结构、多向量阵列结构等技术的第三阶段的更高性能巨型机相继问世。例如,美国的CRAY-XMP、CDCCYBER205,日本的S810/10和20、VP/100和200、S×1和S×2等巨型机,均采用超高速门阵列芯片烧结到多层陶瓷片上的微组装工艺,主频高达50~160兆赫以上,最高速度有的可达每秒5~10亿个浮点结果,主存储器容量为400~3200万字(每字64位),外存储器容量达10 12 字以上。还有一类专用性很强的巨型机。例如,美国哥德伊尔宇航公司的巨型并行处理机MPP,由16384个处理器组成128×128的方阵,专用于卫星图像信息的高速处理,8位整数加的处理速度可达每秒60亿次,32位浮点加可达每秒1.6亿次。英国ICL公司研制的分布式阵列处理机专用系统DAP,由 4096个一位 微处理器 和一台大型系列机2900组成,最高速度可达每秒1亿个64位的浮点结果。
巨型机品牌
“天河一号”为我国首台千万亿次超级计算机。计划从2010年9月开始进行系统调试与测试,并分步提交用户使用。它每秒钟1206万亿次的峰值速度,和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能,使这台名为“天河一号”的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首,也使中国成为继美国之后世界上第二个能够自主研制千万亿次超级计算机的国家。
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2、大型机
大型机,或者称大型主机,英文名mainframe,是最高端的商用计算机。大型机使用专用的处理器指令集、操作系统和应用软件,拥有以一当十的性能,高度的安全性和可靠性,以及对海量商业信息的处理能力。
大型机的发展
起步阶段:
刘若英的歌词第一台IBM大型机诞生于1964年4月7日, 这个项目50亿美元的投资,被证实是一项启动创新商业运作的历史性变革。
发展阶段:中国快餐排行
1968 年,大型机中System/360 85 型引入了高速缓存存储器,使得可以比以前快 12 倍的速度提供高优先级的数据,四年后,IBM 公布了 VM 虚拟化,zVM帮助创建敏捷的主机,能够迅速有效地利用资源来响应动态需求。接着新版System/370增加了商业智能。
高速发展阶段:
1988 年,IBM 引入了 Enterprise System/3090 600S 型大型机,它是业界最强大的通用处理器。不久,IBM公布了 System/390 并行系统综合体产品,其中包括了耦合器、S/390 并行事务服务器、高速耦合链路。
在1998 年,IBM 推出了 System/390 第 5 代服务器,其性能进一步加强,成为了最强大的主机之一。
System/390性能强大,是迄今用途最广泛的系统之一。许多大型企业,各培训机构大型机培训都运用这一版本。直至2000年,IBM 才公布了 IBM eServer z 系列 900。
1994年IBM 公布了 System/390 并行系统综合体产品,它包括了耦合器、S/390 并行事务服务器、高速耦合链路以及软件功能增强。并行系统综合体设计用于提供应用的持续可用性、减少或消除计划的应用程序,并且能够扩展到实际上不受限的容量。 

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