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第六代计算机的从第一代到第六代计算机

归档日期:06-16       文本归类:第一代计算机      文章编辑:爱尚语录

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  计算机从20世纪40年代诞生至今,已有50多年了。随着数字科技的革新,计算机差不多每10年就更新换代一次。

  1946年,世界上第一台电子数字积分式计算机――埃尼阿克(ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生。ENIAC犹如一个庞然大物,它重达30吨,占地170m2,内装18000个电子管,但其运算速度比当时最好的机电式计算机快1000倍。

  1949年,第一台存储程序计算机――EDSAC在剑桥大学投入运行,ENIAC和EDSAC均属于第一代电子管计算机。

  电子管计算机采用磁鼓作存储器。磁鼓是一种磁记录设备,它是一种高速运转的鼓形圆筒,表面涂有磁性材料,根据每一点的磁化方向来确定该点的信息。第一代计算机由于采用电子管,因而体积大、耗电多、运算速度较低、故障率较高而且价格极贵。本阶段,计算机软件尚处于初始发展期,符号语言已经出现并被使用,主要用于科学计算方面。

  1947年,肖克利、巴丁、布拉顿三人的晶体管,比电子管功耗小、体积小、重量轻、工作电压低、工作可靠性好。1954年,美国贝尔实验室制成第一台晶体管计算机――TRADIC,使计算机体积大大缩小。

  1957年,美国制成全部使用晶体管的计算机,第二代计算机诞生了。第二代计算机的运算速度比第一代计算机提高了近百倍。

  第二代计算机的主要逻辑部件采用晶体管,内存储器主要采用磁芯,外存储器主要采用磁盘,输入和输出方面有了很大的改进,价格大幅下降。在程序设计发明,研制出了一些通用的算法和语言,其中影响最大的是FORTRAN语言。ALGOL和COBOL语言随后也相继出现,操作系统的雏形开始形成。

  60年代初期,美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路,引发了电路设计革命。随后,集成电路的集成度以每3~4年提高一个数量级的速度增长。

  1962年1月,IBM公司采用双极型集成电路,生产了IBM360系列计算机。DEC公司(现并入Compaq公司)交付了数千台PDP小型计算机。

  第三代计算机用集成电路作为逻辑元件,使用范围更广,尤其是一些小型计算机在程序设计技术方面形成了三个独立的系统:操作系统、编译系统和应用程序,总称为软件。值得一提的是,操作系统中“多道程序”和“分时系统”等概念的提出,结合计算机终端设备的广泛使用,使得用户可以在自己的办公室或家中使用远程计算机。

  1971年发布的Intel 4004,是微处理器(CPU)的开端,也是大规模集成电路发展的一大成果。4004用大规模集成电路把运算器和控制器做在一块芯片上,虽然字长只有4位,且功能很弱,但它是第四代计算机在微型机方面的先锋。

  1972~1973年,8位微处理器相继问世,最先出现的是Intel 8008。尽管它的性能还不完善,但展示了无限的生命力,驱使众多厂家投入竞争,使微处理器得到了蓬勃的发展。后来出现了Intel 8080、MOTOROLA 6800和Zilog公司的Z-80。

  1978年以后, 16位微处理器相继出现,微型计算机达到一个新的高峰,典型的代表有Intel 8086、Zilog公司的Z-8000和MOTOROLA公司的MC68000。

  Intel公司不断推进着微处理器的革新。紧随8086之后,又研制成功了80286、80386、80486、奔腾(Pentium)、奔腾二代(PentiumⅡ)和奔腾三代(PentiumⅢ)。个人电脑(PC)不断更新换代,日益深入人心。

  第四代计算机以大规模集成电路作为逻辑元件和存储器,使计算机向着微型化和巨型化方向发展。

  从第一代到第四代,计算机的体系结构都是相同的,都是由控制器、存储器、运算器、输入输出设备组成,称冯·诺依曼体系结构。

  1981年,在日本东京召开了第五代计算机研讨会,随后制订出研制第五代计算机的长期计划。第五代计算机的系统设计中考虑了编制知识库管理软件和推理机,机器本身能根据存储的知识进行判断和推理。同时,多媒体技术得到广泛应用,使人们能用语音、图像、视频等更自然的方式与计算机进行信息交互。

  智能计算机的主要特征是具备人工智能,能像人一样思维,并且运算速度极快,其硬件系统支持高度并行和推理,其软件系统能够处理知识信息。神经网络计算机(也称神经元计算机)是智能计算机的重要代表。

  半导体硅晶片的电路密集,散热问题难以彻底解决,影响了计算机性能的进一步发挥与突破。研究人员发现,脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构能容纳巨量信息,其存储量相当于半导体芯片的数百万倍。一个蛋白质分子就是存储体,而且阻抗低、能耗小、发热量极低。

  基于此,利用蛋白质分子制造出基因芯片,研制生物计算机(也称分子计算机、基因计算机),已成为当今计算机技术的最前沿。生物计算机比硅晶片计算机在速度、性能上有质的飞跃,被视为极具发展潜力的“第六代计算机”。

  被称为第六代计算机的生物计算机,其主要原材料是借助生物工程技术(特别是蛋白质工程)生产的蛋白质分子,以它作为生物集成电路――生物芯片。在生物芯片中,信息以波的形式传递。当波沿着蛋白质分子链传播时,会引起蛋白质分子链子单键、双键结构顺序的改变。

  因此,当一列波传播到分子链的某一部位时,它们就像硅集成电路中的载流子(电流的载体叫做载流子)那样传递信息。由于蛋白质分子比硅芯片上的电子元件要小得多,彼此相距很近很近,因此,生物元件可小到几十亿分之一米,元件的密集度可达每平方厘米10~100万亿个,甚至1000万亿个门电路。

  与普通计算机不同的是,由于生物芯片的原材料是蛋白质分子,所以,生物计算机芯片既有自我修复的功能,又可直接与生物活体结合。同时,生物芯片具有发热少、功能低、电路间无信号干扰等优点。

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