人類臺電子計算機(jī)的誕生,ENIAC1946年2月14日,世界上臺通用電子數(shù)字計算機(jī)“埃尼阿克”(ENIAC)宣告研制成功?!鞍D岚⒖恕钡某晒Γ怯嬎銠C(jī)發(fā)展史上的一座紀(jì)念碑,是人類在發(fā)展計算技術(shù)歷程 [2] 中,到達(dá)的一個新的起點?!鞍D岚⒖恕庇嬎銠C(jī)的初設(shè)計方案,是由36歲的美國工程師莫奇利于1943年提出的,計算機(jī)的主要任務(wù)是分析炮彈軌道。美國軍械部撥款支持研制工作,并建立一個專門研究小組,由莫奇利負(fù)責(zé)。總工程師由年僅24歲的??颂?fù)?dān)任,組員格爾斯坦是位數(shù)學(xué)家,另外還有邏輯學(xué)家勃克斯。“埃尼阿克”共使用了18000個電子管,另加1500個繼電器以及其它器件,其總體積約90立方米,重達(dá)30噸,占地170平方米,需要用一間30多米長的大房間才能存放,是個地地道道的龐然大物,和房子差不多。
“埃尼阿克”初是為了進(jìn)行彈道計算而設(shè)計的專用計算機(jī)。但后來通過改變插入控制板里接線方式來解決各種不同的問題,而成為一臺通用機(jī)。它的一種改型機(jī)曾用于氫彈的研制。“埃尼阿克”程序采用外部插入式,每當(dāng)進(jìn)行軟件中心一項新的計算時,都要重新連接線路。有時幾分鐘或幾十分鐘的計算,要花幾小時或1- 2天的時間進(jìn)行線路連接準(zhǔn)備,這是一個致命的弱點。它的另一個弱點是存儲量太小。
輔助設(shè)計
計算機(jī)輔助技術(shù)包括CAD、CAM和CAI等。
⑴計算機(jī)輔助設(shè)計(Computer Aided Design,簡稱CAD)
計算機(jī)輔助設(shè)計是利用計算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè)計人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品設(shè)計,以實現(xiàn)設(shè)計效果的一種技術(shù)。它已廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、機(jī)械、電子、建筑和輕工等領(lǐng)域。例如,在電子計算機(jī)的設(shè)計過程中,利用CAD技術(shù)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)模擬、邏輯模擬、插件劃分、自動布線等,從而大大提高了設(shè)計工作的自動化程度。又如,在建筑設(shè)計過程中,可以利用CAD技術(shù)進(jìn)行力學(xué)計算、結(jié)構(gòu)計算、繪制建筑圖紙等,這樣不但提高了設(shè)計速度,而且可以大大提高設(shè)計質(zhì)量。
⑵計算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing,簡稱CAM)
計算機(jī)輔助制造是利用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過程。例如,在產(chǎn)品的制造過程中,用計算機(jī)控制機(jī)器的運行,處理生產(chǎn)過程中所需的數(shù)據(jù),控制和處理材料的流動以及對產(chǎn)品進(jìn)行檢測等。使用CAM技術(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)率和改善勞動條件。
將CAD和CAM技術(shù)集成,實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)自動化,這種技術(shù)被稱為計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。它的實現(xiàn)將真正做到無人化工廠(或車間)。
⑶計算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Aided Instruction,簡稱CAI)計算機(jī)輔助教學(xué)是利用計算機(jī)系統(tǒng)使用課件來進(jìn)行教學(xué)。課件可以用著作工具或高級語言來開發(fā)制作,它能引導(dǎo)學(xué)生循環(huán)漸進(jìn)地學(xué)習(xí),使學(xué)生輕松自如地從課件中學(xué)到所需要的知識。CAI的主要特色是交互教育、個別指導(dǎo)和因人施教
個人電腦(PC:personal computer )的主要結(jié)構(gòu):
主機(jī):主板、CPU [1] (中央處理器)、主要儲存器(內(nèi)存)、擴(kuò)充卡(顯示卡聲卡網(wǎng)卡等 有些主板可以整合這些)、電源供應(yīng)器、光驅(qū)、次要儲存器(硬盤)、軟驅(qū)外設(shè):顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)(音箱、攝像頭,外置調(diào)制解調(diào)器MODEM 等)。
盡管計算機(jī)技術(shù)自20世紀(jì)40年代臺電子通用計算機(jī)誕生以來有了令人目眩的飛速發(fā)展,但是今天計算機(jī)仍然基本上采用的是存儲程序結(jié)構(gòu),即馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了實用化的通用計算機(jī)。
存儲程序結(jié)構(gòu)間將一臺計算機(jī)描述成四個主要部分:算術(shù)邏輯單元(ALU),控制電路,存儲器,以及輸入輸出設(shè)備(I/O)。這些部件通過一組一組的排線連接并且由一個時鐘來驅(qū)動。
概念上講,一部計算機(jī)的存儲器可以被視為一組“細(xì)胞”單元。每一個“細(xì)胞”都有一個編號,稱為地址;又都可以存儲一個較小的定長信息。這個信息既可以是指令,也可以是數(shù)據(jù)。原則上,每一個“細(xì)胞”都是可以存儲二者之任一的。
20世紀(jì)80年代以來ALU和控制單元逐漸被整合到一塊集成電路上,稱作微處理器。這類計算機(jī)的工作模式十分直觀:在一個時鐘周期內(nèi),計算機(jī)先從存儲器中獲取指令和數(shù)據(jù),然后執(zhí)行指令,存儲數(shù)據(jù),再獲取下一條指令。這個過程被反復(fù)執(zhí)行,直至得到一個終止指令。
由控制器解釋,運算器執(zhí)行的指令集是一個精心定義的數(shù)目十分有限的簡單指令集合。
一般可以分為四類:1、數(shù)據(jù)移動 2、數(shù)邏運算 3、條件驗證 4、指令序列改易。
指令如同數(shù)據(jù)一樣在計算機(jī)內(nèi)部是以二進(jìn)制來表示的。比如說,10110000就是一條Intel x86系列微處理器的拷貝指令代碼。某一個計算機(jī)所支持的指令集就是該計算機(jī)的機(jī)器語言。因此,使用流行的機(jī)器語言將會使既成軟件在一臺新計算機(jī)上運行得更加容易。所以對于那些機(jī)型商業(yè)化軟件開發(fā)的人來說,它們通常只會關(guān)注一種或幾種不同的機(jī)器語言。
更加強(qiáng)大的小型計算機(jī),大型計算機(jī)和服務(wù)器可能會與上述計算機(jī)有所不同。它們通常將任務(wù)分擔(dān)給不同的CPU來執(zhí)行。今天,微處理器和多核個人電腦也在朝這個方向發(fā)展。
超級計算機(jī)通常有著與基本的存儲程序計算機(jī) 類的電子控制開關(guān)來實現(xiàn)使用2們通常有著數(shù)以千計的CPU,不過這些設(shè)計似乎只對特定任務(wù)有用。在各種計算機(jī)中,還有一些微控制器采用令程序和數(shù)據(jù)分離的哈佛架構(gòu)。