☆ENIAC--信息時(shí)代的蒸汽機(jī) 1946年2月第一臺(tái)全自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)ENIAC (Electronic
Numerical Integrator And
Calculator)即“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”誕生了。ENIAC裝有16種型號的18000個(gè)真空管、1500個(gè)電子繼電器、70000個(gè)電阻器、18000個(gè)電容器,
8英尺高,3英尺寬,100英尺長,總重量有30噸之巨,簡直就是龐然大物。這一龐然大物“肚量”(內(nèi)存)極小,
所有的程序和指令都是通過外設(shè)來完成,每當(dāng)所有的真空管都正常工作時(shí),工程師就得忙上忙下,
把這6000多根導(dǎo)線插進(jìn)接口,然后啟動(dòng)“愛尼亞克”進(jìn)行運(yùn)算。ENIAC運(yùn)算結(jié)束后,工程師得把導(dǎo)線拔下來,如果要進(jìn)行另一項(xiàng)運(yùn)算,就必須把這些導(dǎo)線又一根一根插進(jìn)去。因此,與其說ENIAC是一臺(tái)計(jì)算機(jī)還不如說它是一座計(jì)算工廠。不過,ENIAC每秒5000次加法運(yùn)算,
50次sin和cos函數(shù)數(shù)值運(yùn)算的計(jì)算速度,還是讓人類第一次感到了自卑。有人這樣評價(jià)ENIAC“彈道計(jì)算的速度比炮彈飛行的速度還快”,“這樣的機(jī)器,全世界只要有兩臺(tái)就足夠了”。ENIAC的問世深刻地影響著世界的政治、軍事、經(jīng)濟(jì)格局,影響著人類的工作與生活方式,
稱ENIAC為信息時(shí)代的蒸汽機(jī)毫不為過。這臺(tái)計(jì)算機(jī)從1946年2月開始投入使用,到1955年10月最后切斷電源,服役9年多。雖然它每秒只能進(jìn)行5000次加減運(yùn)算,但它預(yù)示了科學(xué)家們將從奴隸般的計(jì)算中解脫出來。
圖1-1-1-1 世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(更多圖片: 1
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☆電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段
1.第一代電子計(jì)算機(jī)
第一代電子計(jì)算機(jī)是電子管計(jì)算機(jī),時(shí)間大約為1946~1958年。其基本特征是采用電子管作為計(jì)算機(jī)的邏輯文件;數(shù)據(jù)表示主要是定點(diǎn)數(shù);
用機(jī)器語言或匯編語言編寫程序。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的限制,每秒運(yùn)算速度僅為幾千次, 內(nèi)存容量僅幾KB。因此,第一代電子計(jì)算機(jī)體積龐大,造價(jià)很高,僅限于軍事和科學(xué)研究工作,其代表機(jī)型有IBM650(小型機(jī))、IBM709(大型機(jī))。
圖1-1-1-2 第一代電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型IBM650小型機(jī)
圖1-1-1-3 第一代電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型IBM709大型機(jī)
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2.第二代電子計(jì)算機(jī)
第二代電子計(jì)算機(jī)是晶體管電路電子計(jì)算機(jī),時(shí)間大約為1958年~1964年。其基本特征是邏輯元件逐步由電子管改為晶體管,
內(nèi)存所使用的器件大都使用鐵氧磁性材料制成的磁芯存儲(chǔ)器。 外存儲(chǔ)器有了磁盤、磁帶,外設(shè)種類也有所增加。運(yùn)算速度大到每秒幾十萬次,內(nèi)存容量擴(kuò)大到幾十KB。與此同時(shí),計(jì)算機(jī)軟件也有了較大的發(fā)展, 出現(xiàn)了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級語言。
與第一代計(jì)算機(jī)相比,晶體管電子計(jì)算機(jī)體積小、成本低、功能強(qiáng)、可靠性大大提高。除了科學(xué)計(jì)算外,還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理。去代表機(jī)型有IBM7094、CDC7600。
圖1-1-1-4 第二代電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型IBM7094控制臺(tái)外觀
圖1-1-1-5 第二代電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型CDC7600(更多圖片:1
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3.第三代電子計(jì)算機(jī)
第三代電子計(jì)算機(jī)是集成電路計(jì)算機(jī),時(shí)間約為1964年~1970年。隨著固體物理技術(shù)的發(fā)展,集成電路工藝已可以在幾平方毫米的單晶硅片上集成由十幾個(gè)甚至由上百個(gè)電子元件組成的邏輯電路。 其基本特征是邏輯元件采用小規(guī)模集成電路SSI(Small
Scale Integration)和中規(guī)模集成電路MSI(Middle Scale Integration)。 第三代電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度,每秒可達(dá)幾十萬次到幾百萬次。存儲(chǔ)器進(jìn)一步發(fā)展,體積更小、價(jià)格低、軟件逐步完善。這一時(shí)期,計(jì)算機(jī)同時(shí)向標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化、通用化、機(jī)種系列化發(fā)展。高級程序設(shè)計(jì)語言在這個(gè)時(shí)期
有了很大發(fā)展,并出現(xiàn)了操作系統(tǒng)和會(huì)話式語言,計(jì)算機(jī)開始廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。其代表機(jī)型有IBM360。
圖1-1-1-6 第三代電子計(jì)算機(jī)代表機(jī)型IBM360計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(更多圖片: 1
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4.第四代電子計(jì)算機(jī)
第四代電子計(jì)算機(jī)稱為大規(guī)模集成電路電子計(jì)算機(jī),時(shí)間從1971年至今。進(jìn)入20世紀(jì)70年代以來, 計(jì)算機(jī)邏輯器采用大規(guī)模集成電路LSI(Large
Scale Integration)和超大規(guī)模集成電路VLSI (Very large Scale Integration)技術(shù), 在硅半導(dǎo)體上集成了1000~100000個(gè)以上電子元器件。 集成度很高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器代替了服役達(dá)20年之久的磁芯存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)的速度可以達(dá)到上千次到十萬次。
操作系統(tǒng)不斷完善,應(yīng)用軟件已成為現(xiàn)代工業(yè)的一部分。計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征的時(shí)代。
5.第五代電子計(jì)算機(jī)
第五代電子計(jì)算機(jī)是智能電子計(jì)算機(jī), 它是一種有知識、會(huì)學(xué)習(xí)、能推理的計(jì)算機(jī),具有能理解自然語言、聲音、文字和圖像的能力, 并且具有說話的能力,使人機(jī)能夠用自然語言直接對話。它可以利用已有的和不斷學(xué)習(xí)到的知識, 進(jìn)行思維、聯(lián)想、推理,并得出結(jié)論,能解決復(fù)雜問題,具有匯集、記憶、檢索等有關(guān)能力。智能計(jì)算機(jī)突破了傳統(tǒng)的諾伊式機(jī)器的概念,舍棄了二進(jìn)制結(jié)構(gòu)
,把許多處理機(jī)并聯(lián)起來,并行處理信息,速度大大提高。 它的智能化人機(jī)接口使人們不必編寫程序, 只需發(fā)出命令或提出要求, 電腦就會(huì)完成推理和判斷,
并且進(jìn)行解釋。1988年,世界上召開了第五代電腦國際會(huì)議。1991年,美國加州理工學(xué)院推出了一種大容量并行處理系統(tǒng),用528臺(tái)處理器并行進(jìn)行工作,其運(yùn)算速度可達(dá)到每秒320億次浮點(diǎn)運(yùn)算。
6.第六代電子計(jì)算機(jī)
第六代電子計(jì)算機(jī)是模仿人的大腦判斷能力和適應(yīng)能力, 并具有可并行處理多種數(shù)據(jù)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。 與以邏輯處理為主的第五代計(jì)算機(jī)不同,它本身可以判斷對象的性質(zhì)與狀態(tài),并能采取相應(yīng)的行動(dòng), 而且它可同時(shí)并行處理實(shí)時(shí)變化的大量數(shù)據(jù),并引出結(jié)論。以往的信息處理系統(tǒng)只能處理?xiàng)l理清晰、經(jīng)絡(luò)分明的數(shù)據(jù)。 而人的大腦活動(dòng)具有能處理零碎、含糊不清信息的靈活性,第六代電子計(jì)算機(jī)將類似人腦的智慧和靈活性。
人腦有140億神經(jīng)元都與數(shù)千個(gè)神經(jīng)元交叉相連,它的作用都相當(dāng)于一臺(tái)微型電腦。人腦總體運(yùn)行速度相當(dāng)于每秒1000萬億次的電腦功能。用許多微處理機(jī)模仿人腦的神經(jīng)元結(jié)構(gòu), 采用大量的并行分布式網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成了神經(jīng)電腦。 神經(jīng)電腦除有許多處理器外
, 還有許多類似神經(jīng)的節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)與許多點(diǎn)相連。 若把每一步運(yùn)算分配給每臺(tái)微處理器,它們同時(shí)運(yùn)算,其信息處理速度和智能會(huì)大大提高。
神經(jīng)電子計(jì)算機(jī)的信息不是存在存儲(chǔ)器中, 而是存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)中。若有節(jié)點(diǎn)斷裂,電腦仍有重建資料的能力, 它還具有聯(lián)想記憶、視覺和聲音識別能力。日本科學(xué)家已開發(fā)出神經(jīng)電子計(jì)算機(jī)用的大規(guī)模集成電路芯片, 在1.5平方厘米的硅片上可設(shè)置400個(gè)神經(jīng)元和40000個(gè)神經(jīng)鍵,這種芯片能實(shí)現(xiàn)每秒2億次的運(yùn)算速度。1990年,日本理光公司宣布研制出一種具有學(xué)習(xí)功能的大規(guī)模集成電路 “神經(jīng)LSI”。這是依照人腦的神經(jīng)細(xì)胞研制成功的一種芯片
,它處理信息的速度為每秒90億次。 富士通研究所開發(fā)的神經(jīng)電子計(jì)算機(jī),每秒更新數(shù)據(jù)速度近千億次。日本電氣公司推出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲音識別系統(tǒng),能夠識別出任何人的聲音,正確率達(dá)99.8%。 美國研究出由左腦和右腦兩個(gè)神經(jīng)塊連接而成的神經(jīng)電子計(jì)算機(jī)
。 右腦為經(jīng)驗(yàn)功能部分,有1萬多個(gè)神經(jīng)元,適于圖像識別;左腦為識別功能部分,含有100萬個(gè)神經(jīng)元,用于存儲(chǔ)單詞和語法規(guī)則。 現(xiàn)在, 紐約、邁阿密和倫敦的飛機(jī)場已經(jīng)用神經(jīng)電腦來檢查爆炸物,每小時(shí)可查600-700件行李
,檢出率為95%,誤差率為2%。神經(jīng)電子計(jì)算機(jī)將會(huì)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。它能識別文字、符號、圖形、語言以及聲納和雷達(dá)收到的信號,判讀支票,對市場進(jìn)行估計(jì),分析新產(chǎn)品,進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷,控制智能機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)汽車和飛行器的自動(dòng)駕駛,發(fā)現(xiàn)、識別軍事目標(biāo),進(jìn)行智能指揮等。
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