第二代晶体管计算机发展的时间

1.2.1　计算机技术

计算机的计算、显示和存储能力在过去的半个世纪得到了飞跃式发展，已经融入人们生活和工作的方方面面。从硬件技术应用的角度，计算机的发展已经经历了五个阶段:真空电子管与继电器、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路。

第一代计算机为电子管数字计算机(1958年以前)。计算机的逻辑元件采用真空电子管，主存储器采用磁鼓和磁芯，外存储器采用磁带，软件采用机器语言和汇编语言进行编制，以科学计算为主要应用。基于电子管的计算机体积庞大、运算复杂、耗电量大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂，但它奠定了以后计算机技术的基础。世界上第一台具有通用意图的计算机是基于二进制的ENIAC(电子数值积分计算器)，于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生，其尺寸约为9米×15米、占地170平方米、重量30吨、真空管1.88万个、电阻7万个、电容1万个、开关6000个、耗电量150千瓦，运算速度为每秒5000次加法或500次乘法，约比机械计算机快1000倍。开发ENIAC的小组针对其缺陷又进一步完善了设计，并最终呈现出今天我们所熟知的冯·诺依曼结构(von Neumann architecture)，即程序存储体系结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的电脑设计概念结构。值得注意的是这个体系是当今所有计算机的基础。这一时期的杰出代表人物是英国科学家图灵(Turing)和美籍匈牙利科学家冯·诺依曼。图灵对现代计算机的贡献主要是:建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论;提出了定义机器智能的图灵测试。冯·诺依曼的贡献主要是:确立了现代计算机的基本结构，即冯·诺依曼结构。其特点可以概括为如下几点:①使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作;②存储单元是定长的线性组织;③存储空间的单元是直接寻址的;④使用机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作;⑤对计算进行集中的顺序控制。

第二代计算机为晶体管数字计算机(1958—1964)。晶体管的发明推动了计算机的发展，逻辑元件采用晶体管以后，计算机的体积大大缩小，耗电减少，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高。主存储器采用磁芯，外存储器已开始使用更先进的磁盘;软件有了很大发展，出现了各种各样的高级语言及其编译程序，还出现了以批处理为主的操作系统，应用以科学计算和各种事务处理为主，并开始用于工业控制。

第三代计算机为集成电路数字计算机(1964—1971)。20世纪60年代中后期，计算机的逻辑元件采用小、中规模集成电路，计算机的体积更小型化、耗电量更少、可靠性更高，性能比第二代计算机又有了很大的提高。主存储器仍采用磁芯，软件逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高级语言都有新的发展。在这个阶段，小型机(mini computer)也蓬勃发展起来，应用领域日益扩大。1964年，IBMSystem/360的问世代表着世界上的电脑有了一种共同的操作系统(OS)语言，它们都共用代号为OS/360的操作系统，这是System/360系列产品成功的关键，实际上IBM目前的大型系统便是此系统的后裔。System/360的开发过程可说是计算机开发历史上的一次豪赌，为了研发System/360这台大电脑，IBM征召了6万多名新员工，建立了5座新工厂。

第四代计算机为大规模集成电路数字计算机(1971年以后)。计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模或超大规模集成电路。大规模集成电路是指在单片硅片上集成上千个晶体管的集成电路，而超大规模集成电路则可在几毫米见方的硅片上集成上万至百万晶体管、线宽在1微米以下的集成电路。由于晶体管与连线一次完成，故制作几个至上百万晶体管的工时和费用是等同的。大量生产时，成本主要取决于设计费用，硬件费用几乎可忽略不计。因此，这时计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机工业的空前大发展。随着大规模集成电路技术的迅速发展，计算机除了向巨型机方向发展外，还朝着超小型机和微型机方向飞越前进。1971年年末，世界上第一台微处理器和微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生，它开创了微型计算机的新时代。此后各种各样的微处理器和微型计算机如雨后春笋般研制出来，潮水般地涌向市场。特别是IBM-PC系列机诞生以后，几乎一统世界微型机市场，各种各样的兼容机也相继问世。从20世纪70年代开始，IBM相继推出Intel系列微处理器(microprocessor)，又称为中央处理器(CPU)，包括80系列(8008、8088、80286、80386、80486)、奔腾系列(Pentium、Pentium Pro、Pentium MMX)、酷睿系列(Intel Core 2 Duo、Intel Core 2 Extreme、Intel Core 2 Quad)等。

计算机按照大小和移动性可分为:服务器(Server)、个人台式机(也称桌面计算机)、笔记本电脑、平板式电脑(属于笔记本电脑的派生型)、个人数码助理(PDA)。其中PDA也逐渐融入移动通信设备，构成更加灵活的移动处理系统。

未来的计算机将会发展到什么程度?1981年，日本宣布开展第五代计算机的研究。第五代计算机是为适应未来社会信息化的要求而提出的，把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。它能进行数值计算或处理一般的信息，能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，能够帮助人们进行判断、决策、开拓未知领域和获得新的知识。第五代计算机的基本结构通常由问题求解与推理、知识库管理和智能化人机接口三个基本子系统组成。人机之间可以直接通过自然语言(声音、文字)或图形图像交换信息。当前第五代计算机的研究领域大体包括人工智能、系统结构、软件工程和支援设备，以及对社会的影响等。人工智能的应用将是未来信息处理的主流，第五代计算机的发展与人工智能、知识工程和专家系统等的研究紧密相连，并为其发展提供新基础。目前的电子计算机的基本工作原理是先将程序存入存储器中，然后按照程序逐次进行运算。第五代计算机系统结构将突破传统的冯·诺依曼机器的概念，这方面的研究课题应包括逻辑程序设计机、函数机、相关代数机、抽象数据型支援机、数据流机、关系数据库机、分布式数据库系统、分布式信息通信网络等。由于人工智慧的高度复杂性，在关键的自然语言识别和自动程序编制等领域难以有重大突破，第五代计算机尚处于研制阶段。然而，目前已经出现了能够自行处理一些简单事务的机器人系统，说明人类正在朝第五代计算机的目标迈进。