第一代計(jì)算機(jī) - 全文

　　產(chǎn)生背景

　　世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)是個(gè)龐然大物：重30噸，占地150平方米，肚子里裝有18800只電子管。它是1954年，在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生的。

　　50年代是計(jì)算機(jī)研制的第一個(gè)高潮時(shí)期，那時(shí)的計(jì)算機(jī)中的主要元器件都是用電子管制成的，后人將用電子管制作的計(jì)算機(jī)稱為第一代計(jì)算機(jī)。這個(gè)時(shí)期的計(jì)算機(jī)發(fā)展有三個(gè)特點(diǎn)：即由軍用擴(kuò)展至民用，由實(shí)驗(yàn)室開發(fā)轉(zhuǎn)入工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)由科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到數(shù)據(jù)和事務(wù)處理。

　　20世紀(jì)40年代中期，美國賓夕法尼亞大學(xué)電工系由莫利奇和艾克特領(lǐng)導(dǎo)，為美國陸軍軍械部阿伯丁彈道研究實(shí)驗(yàn)室研制了一臺(tái)用于炮彈彈道軌跡計(jì)算的“電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)”(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator簡稱ENIAC)。這臺(tái)叫做“埃尼阿克”的計(jì)算機(jī)占地面積170平方米，總重量30噸，使用了18000只電子管，6000個(gè)開關(guān)，7000只電阻，10000只電容，50萬條線，耗電量140千瓦，可進(jìn)行5000次加法/秒運(yùn)算。這個(gè)龐然大物于1946年2月15日在美國舉行了揭幕典禮。這臺(tái)計(jì)算機(jī)的問世，標(biāo)志著電腦時(shí)代的開始。

　　以“埃尼亞克”為代表，一批計(jì)算機(jī)迅速推向市場，形成了第一代計(jì)算機(jī)族。在這一時(shí)期，美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾伊曼提出了“程序存儲(chǔ)”的概念，其基本思想是把一些常用的基本操作都制成電路，每一個(gè)這樣的操作都用一個(gè)數(shù)代表，于是這個(gè)數(shù)就可以指令計(jì)算機(jī)執(zhí)行某項(xiàng)操作。程序員根據(jù)解題的要求，用這些數(shù)來編制程序，并把程序同數(shù)據(jù)一起放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器里。當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，它可以依次以很高的速度從存儲(chǔ)器中取出程序里的一條條指令，逐一予以執(zhí)行，以完成全部計(jì)算的各項(xiàng)操作，它自動(dòng)從一個(gè)程序指令進(jìn)到下一個(gè)程序指令，作業(yè)順序通過“條件轉(zhuǎn)移”指令自動(dòng)完成?！俺绦虼鎯?chǔ)”使全部計(jì)算成為真正的自動(dòng)過程，它的出現(xiàn)被譽(yù)為電子計(jì)算機(jī)史上的里程碑，而這種類型的計(jì)算機(jī)被人們稱為“馮·諾伊曼機(jī)”。

? ? ?第一代計(jì)算機(jī)發(fā)明詳情

　　1943年美國國防部批準(zhǔn)了由Pennsyvania大學(xué)John Mauchly教授和John Presper Echert工程師提出的制造一臺(tái)由電子管構(gòu)成的ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator，電子數(shù)字積分器和計(jì)算器)的計(jì)劃，其目的是計(jì)算新型火炮的彈道軌跡。

　　ENIAC于1946年2月14日交付使用，它由17468個(gè)電子管、6萬個(gè)電阻器、1萬個(gè)電容器和6千個(gè)開關(guān)組成，重達(dá)30噸，占地160平方米，耗電174千瓦，耗資45萬美元。這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒只能運(yùn)行5千次加法運(yùn)算。

　　1945年ENIAC的顧問von Neumann在EDVAC(Electronic Discrete Variable Computer,電子離散變量計(jì)算機(jī))計(jì)劃中首次提出了存儲(chǔ)程序的概念。這個(gè)思想幾乎同時(shí)被英國的科學(xué)家Turing想到。

　　1946年，von Neumann在Princeton Institute進(jìn)行高級研究時(shí)，設(shè)計(jì)了一臺(tái)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)IAS，雖然IAS直到1952年也未能問世，但I(xiàn)AS的總體結(jié)構(gòu)得到確認(rèn)，并成為后來通用計(jì)算機(jī)的原型。

約翰 馮 諾依曼

　　20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了Sperry和IBM兩大制造計(jì)算機(jī)的公司，IBM公司于1952年推出了程序控制的計(jì)算機(jī)701，1955年又推出了702，后來形成了700/7000系列，使IBM公司成為計(jì)算機(jī)制造商的絕對權(quán)威。

　　ENIAC誕生后到20世紀(jì)50年代末期，世界上主要國家也紛紛研制出不同型號(hào)的電子計(jì)算機(jī)，但在這十多年的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)的性能并沒有得到奇跡般的提高，直到50年代末，晶體管技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)遇上第一次大飛躍發(fā)展的機(jī)遇。

　　特點(diǎn)

　　第一代計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是：采用電子管作基礎(chǔ)元件;使用汞延遲線作存儲(chǔ)設(shè)備，后來逐漸過渡到用磁芯存儲(chǔ)器;輸入、輸出設(shè)備主要是用穿孔卡片，用戶使用起來很不方便;系統(tǒng)軟件還非常原始，用戶必須掌握用類似于二進(jìn)制機(jī)器語言進(jìn)行編程的方法

　　第一代電子計(jì)算機(jī)概述

　　第一代電子計(jì)算機(jī)又稱“電子管計(jì)算機(jī)”。以電子管為主要電路元件的電子計(jì)算機(jī)。第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)于1946年在美國制成，取名埃尼阿克(eniac)。1946-1957年生產(chǎn)的電子計(jì)算機(jī)都是第一代電子計(jì)算機(jī)。

　　電子計(jì)算機(jī)又叫電腦?？墒菫槭裁窗央娮佑?jì)算機(jī)稱為電腦呢?這是因?yàn)樽鳛?a target="_blank">信息處理的工具，電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)部分地替代了人類大腦的功能。特別是20世紀(jì)70年代以后，微處理機(jī)的出現(xiàn)，使電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。電腦可“神”了!它不僅在傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，而且在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，它已經(jīng)遍及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，能幫助人們處理辦公室事情，能幫助各級領(lǐng)導(dǎo)制定并實(shí)施科學(xué)的決策，能幫助各行各業(yè)的專家工作。許多需要人類大腦思維的工作都可以用計(jì)算機(jī)代替，電腦已經(jīng)成為人腦的重要幫手。

　　分類

　　計(jì)算機(jī)按所處理變量的性質(zhì)可劃分為數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)，一般所說的計(jì)算機(jī)即指數(shù)字計(jì)算機(jī);按計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)遵循的基本機(jī)理可劃分為：諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)和非諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī);按計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)所具有的規(guī)模(指包括功能、體積等在內(nèi)的綜合規(guī)模)可劃分為：巨型機(jī)(見巨型計(jì)算機(jī))、大型機(jī)、中小型機(jī)、工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)(微型機(jī)、膝上機(jī)、掌上機(jī)、單板機(jī))等;按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的互聯(lián)地域范圍可劃分為：單機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)等;按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的抗惡劣環(huán)境程度可劃分為：通用計(jì)算機(jī)、加固(半加固)計(jì)算機(jī)。

　　此外，還可按計(jì)算機(jī)內(nèi)的指令流和數(shù)據(jù)流是單個(gè)還是多個(gè)來劃分計(jì)算機(jī)的種類，這就是Flynn 分類法。按 Flynn 的建議可把計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)分為 4 類：SISD(單指令、單數(shù)據(jù)流)：串行地執(zhí)行指令;MISD(多指令、單數(shù)據(jù)流)：在多個(gè)處理機(jī)中用不同的指令去處理單個(gè)數(shù)據(jù)，這種方案看來是很不實(shí)際的;SIMD(單指令、多數(shù)據(jù)流)：以多個(gè)處理機(jī)同時(shí)對不同的數(shù)據(jù)執(zhí)行同一種指令操作;MIMD(多指令、多數(shù)據(jù)流)：以多個(gè)處理機(jī)自治地對不同的數(shù)據(jù)執(zhí)行不同的操作。

　　二、三、四代電子計(jì)算機(jī)的研制

　　第二代晶體管計(jì)算機(jī)研制(1965-1972年)

　　1965年中科院計(jì)算所研制成功了我國第一臺(tái)大型晶體管計(jì)算機(jī)：109乙機(jī);對109乙機(jī)加以改進(jìn)，兩年后又推出109丙機(jī)，在我國兩彈試制中發(fā)揮了重要作用，被用戶譽(yù)為“功勛機(jī)”。華北計(jì)算所先后研制成功108機(jī)、108乙機(jī)(DJS-6)、121機(jī)(DJS-21)和320機(jī)(DJS-8)，并在738廠等五家工廠生產(chǎn)。1965～1975年，738廠共生產(chǎn)320機(jī)等第二代產(chǎn)品380余臺(tái)。哈軍工(國防科大前身)于1965年2月成功推出了441B晶體管計(jì)算機(jī)并小批量生產(chǎn)了40多臺(tái)。

　　第三代基于中小規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)研制(1973-80年代初)

　　1973年，北京大學(xué)與北京有線電廠等單位合作研制成功運(yùn)算速度每秒100萬次的大型通用計(jì)算機(jī)，1974年清華大學(xué)等單位聯(lián)合設(shè)計(jì)，研制成功DJS-130小型計(jì)算機(jī)，以后又推DJS-140小型機(jī)，形成了100系列產(chǎn)品。與此同時(shí)，以華北計(jì)算所為主要基地，組織全國57個(gè)單位聯(lián)合進(jìn)行DJS-200系列計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，同時(shí)也設(shè)計(jì)開發(fā)DJS-180系列超級小型機(jī)。70年代后期，電子部32所和國防科大分別研制成功655機(jī)和151機(jī)，速度都在百萬次級。進(jìn)入80年代，我國高速計(jì)算機(jī)，特別是向量計(jì)算機(jī)有新的發(fā)展。

　　第四代基于超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)研制(80年代中期至今)

　　和國外一樣 ，我國第四代計(jì)算機(jī)研制也是從微機(jī)開始的。1980年初我國不少單位也開始采用Z80，X86和6502芯片研制微機(jī)。1983年12電子部六所研制成功與IBM PC機(jī)兼容的DJS-0520微機(jī)。10多年來我國微機(jī)產(chǎn)業(yè)走過了一段不平凡道路，現(xiàn)在以聯(lián)想微機(jī)為代表的國產(chǎn)微機(jī)已占領(lǐng)一大半國內(nèi)市場。