人類(lèi)臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生,ENIAC1946年2月14日,世界上臺(tái)通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”(ENIAC)宣告研制成功。“埃尼阿克”的成功,是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一座紀(jì)念碑,是人類(lèi)在發(fā)展計(jì)算技術(shù)歷程 [2] 中,到達(dá)的一個(gè)新的起點(diǎn)?!鞍D岚⒖恕庇?jì)算機(jī)的初設(shè)計(jì)方案,是由36歲的美國(guó)工程師莫奇利于1943年提出的,計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是分析炮彈軌道。美國(guó)軍械部撥款支持研制工作,并建立一個(gè)專(zhuān)門(mén)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?!鞍D岚⒖恕惫彩褂昧?8000個(gè)電子管,另加1500個(gè)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(zhǎng)的大房間才能存放,是個(gè)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(jì)算而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。但后來(lái)通過(guò)改變插入控制板里接線方式來(lái)解決各種不同的問(wèn)題,而成為一臺(tái)通用機(jī)。它的一種改型機(jī)曾用于氫彈的研制?!鞍D岚⒖恕背绦虿捎猛獠坎迦胧?,每當(dāng)進(jìn)行軟件中心一項(xiàng)新的計(jì)算時(shí),都要重新連接線路。有時(shí)幾分鐘或幾十分鐘的計(jì)算,要花幾小時(shí)或1- 2天的時(shí)間進(jìn)行線路連接準(zhǔn)備,這是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。它的另一個(gè)弱點(diǎn)是存儲(chǔ)量太小。
輔助設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)包括CAD、CAM和CAI等。
⑴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design,簡(jiǎn)稱(chēng)CAD)
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果的一種技術(shù)。它已廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、汽車(chē)、機(jī)械、電子、建筑和輕工等領(lǐng)域。例如,在電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)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(dòng)布線等,從而大大提高了設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化程度。又如,在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以利用CAD技術(shù)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、繪制建筑圖紙等,這樣不但提高了設(shè)計(jì)速度,而且可以大大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
⑵計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing,簡(jiǎn)稱(chēng)CAM)
計(jì)算機(jī)輔助制造是利用計(jì)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(guò)程。例如,在產(chǎn)品的制造過(guò)程中,用計(jì)算機(jī)控制機(jī)器的運(yùn)行,處理生產(chǎn)過(guò)程中所需的數(shù)據(jù),控制和處理材料的流動(dòng)以及對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)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(dòng)條件。
將CAD和CAM技術(shù)集成,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)自動(dòng)化,這種技術(shù)被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。它的實(shí)現(xiàn)將真正做到無(wú)人化工廠(或車(chē)間)。
⑶計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Aided Instruction,簡(jiǎn)稱(chēng)CAI)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用課件來(lái)進(jìn)行教學(xué)。課件可以用著作工具或高級(jí)語(yǔ)言來(lái)開(kāi)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(shí)。CAI的主要特色是交互教育、個(gè)別指導(dǎo)和因人施教
個(gè)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(chǔ)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(chǔ)存器(硬盤(pán))、軟驅(qū)外設(shè):顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)(音箱、攝像頭,外置調(diào)制解調(diào)器MODEM 等)。
盡管計(jì)算機(jī)技術(shù)自20世紀(jì)40年代臺(tái)電子通用計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)有了令人目眩的飛速發(fā)展,但是今天計(jì)算機(jī)仍然基本上采用的是存儲(chǔ)程序結(jié)構(gòu),即馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化的通用計(jì)算機(jī)。
存儲(chǔ)程序結(jié)構(gòu)間將一臺(tái)計(jì)算機(jī)描述成四個(gè)主要部分:算術(shù)邏輯單元(ALU),控制電路,存儲(chǔ)器,以及輸入輸出設(shè)備(I/O)。這些部件通過(guò)一組一組的排線連接并且由一個(gè)時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)。
概念上講,一部計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器可以被視為一組“細(xì)胞”單元。每一個(gè)“細(xì)胞”都有一個(gè)編號(hào),稱(chēng)為地址;又都可以存儲(chǔ)一個(gè)較小的定長(zhǎng)信息。這個(gè)信息既可以是指令,也可以是數(shù)據(jù)。原則上,每一個(gè)“細(xì)胞”都是可以存儲(chǔ)二者之任一的。
20世紀(jì)80年代以來(lái)ALU和控制單元逐漸被整合到一塊集成電路上,稱(chēng)作微處理器。這類(lèi)計(jì)算機(jī)的工作模式十分直觀:在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi),計(jì)算機(jī)先從存儲(chǔ)器中獲取指令和數(shù)據(jù),然后執(zhí)行指令,存儲(chǔ)數(shù)據(jù),再獲取下一條指令。這個(gè)過(guò)程被反復(fù)執(zhí)行,直至得到一個(gè)終止指令。
由控制器解釋?zhuān)\(yùn)算器執(zhí)行的指令集是一個(gè)精心定義的數(shù)目十分有限的簡(jiǎn)單指令集合。
一般可以分為四類(lèi):1、數(shù)據(jù)移動(dòng) 2、數(shù)邏運(yùn)算 3、條件驗(yàn)證 4、指令序列改易。
指令如同數(shù)據(jù)一樣在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是以二進(jìn)制來(lái)表示的。比如說(shuō),10110000就是一條Intel x86系列微處理器的拷貝指令代碼。某一個(gè)計(jì)算機(jī)所支持的指令集就是該計(jì)算機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言。因此,使用流行的機(jī)器語(yǔ)言將會(huì)使既成軟件在一臺(tái)新計(jì)算機(jī)上運(yùn)行得更加容易。所以對(duì)于那些機(jī)型商業(yè)化軟件開(kāi)發(fā)的人來(lái)說(shuō),它們通常只會(huì)關(guān)注一種或幾種不同的機(jī)器語(yǔ)言。
更加強(qiáng)大的小型計(jì)算機(jī),大型計(jì)算機(jī)和服務(wù)器可能會(huì)與上述計(jì)算機(jī)有所不同。它們通常將任務(wù)分擔(dān)給不同的CPU來(lái)執(zhí)行。今天,微處理器和多核個(gè)人電腦也在朝這個(gè)方向發(fā)展。
超級(jí)計(jì)算機(jī)通常有著與基本的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī) 類(lèi)的電子控制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)使用2們通常有著數(shù)以千計(jì)的CPU,不過(guò)這些設(shè)計(jì)似乎只對(duì)特定任務(wù)有用。在各種計(jì)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)。