1.1 Descripción general del desarrollo informático
En febrero de 1946, nació en la Universidad de Pensilvania la primera computadora del mundo, ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Utiliza 18.000 tubos de electrones, 10.000 condensadores y 7.000 resistencias, cubre un área de 170 metros cuadrados, pesa 30 toneladas, consume 150 kilovatios de energía, puede realizar 5.000 sumas y restas por segundo y vale 400.000 dólares. Fue diseñado para el Laboratorio de Balística del Ejército de EE. UU. para resolver problemas de cálculo de características balísticas. Aunque no se puede comparar con las computadoras actuales, en ese momento podía acortar el tiempo para calcular la trayectoria de un lanzamiento a menos de 30 segundos, liberando a los ingenieros de cálculos pesados. En su momento, esta fue una gran iniciativa y marcó el comienzo de una nueva era de las computadoras.
Han pasado más de 50 años desde el nacimiento de la primera computadora, y cada pocos años se ha producido un gran avance en software y hardware. Hasta ahora, el desarrollo de las computadoras ha pasado por las siguientes cuatro generaciones.
La primera generación de ordenadores (1946~1955).
De 1946 a 1955, algunos ordenadores famosos aparecieron uno tras otro, y su uso pasó del uso militar al servicio al público. Todos pertenecen a la primera generación de ordenadores, que se caracterizaban por utilizar tubos de electrones como componentes lógicos. En un principio utilizaban líneas de retardo de mercurio o memorias electrostáticas, y posteriormente utilizaban núcleos magnéticos, incluyendo cintas de papel, tarjetas, cintas magnéticas, etc. . como memoria externa. La velocidad de operación puede ser de miles a decenas de miles de operaciones por segundo. Los lenguajes de programación son lenguaje de máquina y lenguaje ensamblador expresados en código binario. Las computadoras de primera generación eran grandes, caras y lentas y se utilizaban principalmente para cálculos científicos.
La segunda generación de ordenadores (1955~1964).
En 1955 apareció el primer ordenador totalmente de transistores. A partir de 1958, las computadoras totalmente de transistores representadas por la serie 7000 de IBM se convirtieron en el producto principal de la segunda generación de computadoras. Las características principales de las computadoras de segunda generación son: se utilizan todos los transistores, el núcleo magnético se usa como memoria principal y el disco o cinta magnética se usa como memoria externa. La velocidad de computación alcanza cientos de miles de veces por segundo. . Los lenguajes de programación también han logrado grandes avances durante este período, como ALGO 60, FORTRAN y COBOL. La programación es cómoda, se mejora la versatilidad y las aplicaciones informáticas también se extienden a la gestión de transacciones y al control industrial.
La tercera generación de ordenadores (1964~1970).
En 1964, IBM anunció la serie System/360 de computadoras hechas de circuitos integrados y desarrolló el sistema operativo OS/360 para la serie de computadoras, permitiendo que las computadoras de gama baja de la serie se actualizaran a Computadoras de alta gama, se pueden seguir utilizando el sistema operativo original y el software de aplicación, lo que convierte a la computadora de la serie 360 en un producto principal de la tercera generación de computadoras. La tercera generación de computadoras se caracteriza por el uso de circuitos integrados de tamaño pequeño y mediano en lugar de componentes de transistores discretos y el uso de memorias semiconductoras para la memoria. La velocidad de computación puede alcanzar de cientos de miles a millones de veces, las veces individuales pueden alcanzar decenas de millones y la capacidad de almacenamiento interno puede alcanzar megabytes. Durante este período, el diseño informático propuso las ideas de serialización, generalización y estandarización. Por ejemplo, la serie de máquinas se amplía a grandes, medianas y pequeñas para satisfacer diferentes niveles de necesidades; en el diseño del hardware, se utilizan chips de memoria semiconductores estándar y componentes de interfaz de entrada/salida. En el diseño de software, se recomienda el diseño modular y estructurado, que no solo reduce el costo de las computadoras, sino que también amplía el alcance de las aplicaciones de las computadoras.
La cuarta generación de ordenadores (1971~presente).
En 1971, Intel fabricó el microprocesador de primera generación, que integraba un circuito compuesto por 2.250 transistores. Marca que el desarrollo de las computadoras ha entrado en la era de la aplicación de circuitos integrados a gran escala. La aplicación de circuitos integrados a gran escala es una característica básica de la cuarta generación de computadoras. En esta generación de computadoras, se utilizan chips semiconductores más integrados como memoria y la velocidad de la computadora puede alcanzar de millones a cientos de millones de operaciones por segundo. Los sistemas operativos mejoran constantemente y el software de aplicación aparece sin cesar. La arquitectura informática desarrolla computadoras distribuidas, tecnología de procesamiento paralelo y redes informáticas. Durante este período, el desarrollo de las computadoras entró en una era caracterizada por las redes informáticas.
China comenzó a desarrollar computadoras en 1956. La primera computadora se desarrolló con éxito en 1958, y la primera computadora de transistores desarrollada en mi país salió al mercado en 1964. En 1971, se desarrolló con éxito la computadora con circuito integrado. La primera microcomputadora IBM compatible con PC se desarrolló en 1985. 2001 ¿La primera CPU de uso general de China? ¿Ahijado? El chip fue desarrollado y lanzado con éxito en 2002, con derechos de propiedad intelectual completamente independientes. ¿Dragón altísimo? servidor.
Las microcomputadoras pertenecen a la cuarta generación de computadoras, pero solo desde la perspectiva de las microcomputadoras, se pueden dividir en cinco eras en más de 30 años de desarrollo.
La primera generación fue un microordenador de 4 bits a partir de 1971. Su chip integra 2000 transistores y tiene una frecuencia de reloj de 1MHz.
La segunda generación fue la microcomputadora de 8 bits a partir de 1973. Su nivel de integración de chip es de 4000-9000 transistores y la frecuencia de reloj es de 4MHz. Sus productos típicos incluyen el 8080 de Intel, el M6800 de Motorola, etc.
La tercera generación es un microordenador de 16 bits iniciado en 1978. El nivel de integración del chip es de 20.000 ~ 70.000 transistores y la frecuencia de reloj es de 5MHz ~ 10MHz. Los productos típicos son los Intel 8086 y 80286. IBM utilizó esta generación de chips para desarrollar IBMPC, IBMPC/XT e IBM PC/AT.
La cuarta generación es un microordenador de 32 bits desde 1981. El nivel de integración del chip es de 6,5438 millones ~ 6,5438 millones de transistores. La frecuencia del reloj es de 10MHz~33MHz. El rendimiento de los microordenadores fabricados con este microprocesador alcanza o supera al de los ordenadores grandes y medianos de los años 1970.
La quinta generación es un microordenador de 64 bits iniciado en 1993. El nivel de integración del chip supera el millón de transistores y cada año aparecen diferentes tipos de nuevos productos.
El desarrollo de los microprocesadores ha impulsado enormemente el desarrollo de los ordenadores. En la actualidad, la rentabilidad ha mejorado enormemente y se han serializado productos host que utilizan tecnología multiprocesador que utiliza docenas de chips de microprocesador. El sistema operativo de nueva generación adopta una interfaz gráfica amigable, lo que facilita a los usuarios el aprendizaje y el uso de las computadoras. El uso de lenguajes de programación orientados a objetos permite a los programadores diseñar software de alta calidad de forma más rápida y mejor. La tendencia de desarrollo de las computadoras en el futuro se reflejará en los siguientes aspectos:
1. Multipolarización
Aunque las computadoras personales han arrasado en el mundo hoy, debido a la continua profundización de las aplicaciones informáticas. , la necesidad de máquinas y supercomputadoras a gran escala también está creciendo de manera constante. Las computadoras gigantes, grandes, pequeñas y microcomputadoras tienen cada uno sus propios campos de aplicación, formando una situación multipolar.
2. Establecer una red de relaciones de trabajo
Utilizar tecnología informática y de comunicación moderna para interconectar computadoras distribuidas en diferentes lugares según protocolos de red y compartir software, hardware y recursos de datos. La red es el producto de la combinación de tecnología informática y tecnología de comunicación. Aunque existe desde hace casi 30 años, no fue hasta los últimos años que comenzó a popularizarse y se volvió popular entre las familias.
3. Multimedia
Multimedia es una nueva tecnología desarrollada a finales de los 80 y principios de los 90. En el pasado, el medio para la interacción persona-computadora era sólo el texto, mientras que la tecnología multimedia utiliza gráficos, imágenes, sonidos, texto y otros medios para la interacción persona-computadora. En tan solo unos años, la tecnología multimedia ha madurado y el vigoroso desarrollo de la enseñanza asistida por computadora depende completamente del apoyo de la tecnología multimedia. La tecnología multimedia se considera una revolución en el campo de la información en la década de 1990.
Conviértete en inteligente
La inteligencia es el objetivo de la nueva generación de computadoras. El plan de desarrollo de computadoras de quinta generación anunciado por Japón es desarrollar computadoras inteligentes. Las computadoras de redes neuronales y las computadoras biológicas enfatizan que las computadoras tienen las mismas habilidades para escuchar, hablar y pensar lógico que los humanos. Los principales campos de investigación de la inteligencia incluyen: reconocimiento de patrones, robots, sistemas expertos, generación y comprensión del lenguaje natural, etc. En la actualidad, estos campos han logrado diversos grados de progreso. Con el nacimiento de la quinta generación de computadoras, la tecnología informática se desarrollará a un nivel más alto y avanzado en el futuro.
El componente central más importante de la computadora es el chip CPU. El desarrollo de la tecnología de fabricación de chips basados en obleas de silicio no es ilimitado y puede alcanzar el límite de desarrollo en un futuro próximo.
En la actualidad, las tecnologías que pueden desencadenar la próxima revolución tecnológica informática incluyen principalmente la nanotecnología, la tecnología óptica, la tecnología cuántica y la biotecnología. La dirección de desarrollo futuro de las computadoras es: computadoras ópticas, computadoras biológicas, computadoras moleculares y computadoras cuánticas.
La dirección de desarrollo de las computadoras ópticas es combinar rayos láser ultrafinos con chips rápidos para resolver principalmente el problema de la transmisión de datos entre chips. Debido a la velocidad de propagación extremadamente rápida de los fotones, la velocidad máxima de transmisión de datos informáticos en la actualidad es de 65.438 millones de bytes por segundo. Utilizando tecnología óptica, la velocidad de transmisión puede alcanzar un billón de bytes por segundo. Además, los fotones no interactúan como los electrones cargados, por lo que se pueden transmitir más datos a través del mismo espacio estrecho. Al mismo tiempo, la transmisión de luz no requiere conexiones físicas. La tecnología clave para desarrollar computadoras ópticas es fabricar convertidores fotoeléctricos y sistemas ópticos de posicionamiento de computadoras que consuman menos energía, sean de tamaño pequeño, fáciles de fabricar y de bajo precio.
Los ordenadores biológicos son más difíciles de implementar que los ordenadores ópticos. Se trata de un biochip elaborado a partir de moléculas de proteínas producidas mediante tecnología de bioingeniería como principal materia prima. No sólo tiene una enorme capacidad de almacenamiento, sino que también puede difundir información en forma de ondas. Su velocidad de procesamiento es un millón de veces más rápida que la de las computadoras más rápidas de la actualidad y consume sólo una milmillonésima parte de la energía de las computadoras modernas. Muchos científicos creen que el siglo XXI probablemente será la era de las computadoras biológicas.
La base de una computadora molecular es crear una sola molécula cuya función sea igual o similar a la de los triodos, diodos y otros componentes importantes de los microcircuitos actuales, para luego conectar firmemente cientos de millones de dispositivos moleculares a una cierta superficie inferior. Todavía queda un largo camino por recorrer en este sentido.
Actualmente los ordenadores cuánticos se encuentran a medio camino entre la teoría y la implementación. La mayoría de los científicos creen que las computadoras cuánticas aparecerán en las próximas décadas. Es una computadora basada en los principios de la mecánica cuántica y utiliza el modo de computación profunda. Este patrón está determinado únicamente por el comportamiento de un átomo en el mundo físico, a diferencia de las computadoras binarias tradicionales que dividen la información en ceros y unos, correspondientes al encendido y apagado de los transistores. Su modelo informático es muy propicio para la computación paralela. Se están desarrollando prototipos de computadoras cuánticas que requerirán muchos años de ardua investigación, pero los científicos prevén que llegará el día en que las supercomputadoras estén en la punta de una aguja.
Características y clasificación de 1. 2 ordenadores
1.2.l Características de los ordenadores
1.
La velocidad informática rápida ha sido el objetivo principal para que las personas utilicen computadoras desde la llegada de las computadoras. La velocidad informática de las computadoras modernas ha alcanzado decenas de miles de millones a billones de operaciones por segundo. Muchas cosas que antes eran imposibles ahora se pueden hacer con computadoras de alta velocidad. Como es bien sabido en materia de previsión meteorológica, es imposible hacer predicciones más precisas de los cambios meteorológicos a lo largo de varios días sin el uso de ordenadores de alta velocidad. Además, el censo de los más de mil millones de habitantes de China no puede completarse sin computadoras.
2. Alta precisión de cálculo
Las computadoras utilizan operaciones con números binarios y la precisión de los cálculos se puede obtener aumentando el número de dígitos que representan números binarios. Algunas técnicas también se pueden utilizar en programación para hacer que la precisión de los cálculos cumpla con los requisitos de las personas. Como todos sabemos, a un matemático estadounidense le tomó 15 años calcular pi con 707 dígitos, pero el número de dígitos después del punto decimal ha alcanzado cientos de millones de dígitos gracias al uso de computadoras.
3. Capacidad de recordar y hacer juicios lógicos
La memoria de la computadora no solo puede almacenar datos originales y resultados de cálculo, sino también programas compilados por el usuario. Su capacidad se mide en megabytes y puede almacenar de cientos de miles a decenas de millones de datos o archivos, que pueden recuperarse de forma rápida, precisa y sin errores cuando sea necesario. Cuando la computadora está funcionando, los programas y datos se recuperan de la memoria a alta velocidad y se ejecutan automáticamente de acuerdo con los requisitos del programa.
Las computadoras también tienen capacidades de juicio lógico, lo que les permite resolver diversos problemas. Por ejemplo, determine si una condición es verdadera o falsa y decida automáticamente qué hacer a continuación en función del resultado del juicio. ¿Te gustan los problemas famosos de matemáticas? La pregunta sobre los cuatro colores es para cualquier mapa de terreno: ¿es suficiente usar cuatro colores para que las áreas adyacentes sean de diferentes colores? Fue un matemático estadounidense que utilizó decenas de miles de millones de juicios en 1976 y utilizó tres computadoras * * * 1200 horas para resolverlo.
4. Alta fiabilidad y versatilidad.
Debido al uso de circuitos integrados de muy gran escala, las computadoras modernas tienen una confiabilidad muy alta y pueden usarse de manera segura en diversas industrias, especialmente industrias que requieren alta confiabilidad, como los bancos. Dado que la computadora tiene funciones de cálculo y juicio lógico, no solo se puede usar para cálculos numéricos, sino también para procesar información que no es de datos, como procesamiento de gráficos e imágenes, edición de texto, reconocimiento de idiomas, recuperación de información, etc. De esta manera, las aplicaciones informáticas pueden desempeñar un papel en todos los ámbitos de la vida.
L.2.2 Tipos de computadoras
Hay muchas formas de clasificar las computadoras, incluidas las computadoras digitales, las computadoras analógicas y las computadoras híbridas. También existen dos categorías de máquinas de uso general y máquinas de propósito especial según sus usos, según el informe de clasificación de computadoras propuesto por el Comité Científico de Supercomputadoras del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) en 1989; de ordenadores. Según este método de clasificación, las computadoras se dividen en seis categorías: supercomputadoras, minicomputadoras, mainframes, minicomputadoras, estaciones de trabajo y computadoras personales. Ahora se presentan de la siguiente manera:
1. Supercomputadora
La supercomputadora es la más poderosa de los seis tipos de computadoras y, por supuesto, la más cara. También se le llama supercomputadora. Es rápido, tiene gran capacidad y puede procesar animaciones de alta calidad en tiempo real. Las métricas de las supercomputadoras a menudo se expresan en términos de operaciones de punto flotante por segundo. La primera generación de supercomputadoras de la década de 1970 tenía 100 millones de operaciones de punto flotante por segundo. En la década de 1980, las supercomputadoras de segunda generación realizaban 654,38 billones de operaciones de punto flotante por segundo. La tercera generación de supercomputadoras desarrollada en la década de 1990 ha alcanzado una velocidad de teraflops. En la actualidad, muchas supercomputadoras adoptan una estructura multiprocesador y utilizan procesamiento paralelo a gran escala para mejorar las capacidades de procesamiento de toda la máquina.
Actualmente, los supercomputadores se utilizan principalmente en campos como la tecnología espacial, la previsión meteorológica a medio y largo plazo, la exploración petrolera y el control en tiempo real de armas estratégicas. Los países que producen supercomputadores son principalmente Estados Unidos y Japón, Rusia, Reino Unido, Francia y Alemania también han desarrollado sus propios supercomputadores. ¿China se desarrolló en 1983? ¿Galaxia Uno? Una supercomputadora capaz de realizar 100 millones de operaciones de punto flotante por segundo. ¿Desarrollado en 1992? ¿Galaxia 2? ¿Supercomputadora modelo B con una velocidad de 100 millones de operaciones de punto flotante por segundo, lanzada en 1997? ¿Galaxia ⅲ? La supercomputadora Modelo-I es un modelo que realiza operaciones de punto flotante a exaescala por segundo, equivalente a una supercomputadora de segunda generación. ¿Cotizó con éxito en China en 2001? ¿Amanecer 3000? Una supercomputadora con una velocidad de 400 mil millones de operaciones por segundo, lanzada por Lenovo en junio de 2003. ¿Shen Teng 6800? ¿Alcanzando 4 billones de veces por segundo, lanzado en junio de 2004? ¿Amanecer 4000A? Al alcanzar 11 billones de veces por segundo, se encuentra entre los diez primeros del mundo.
2. Pequeño superordenador
El pequeño superordenador es un sistema formado por algunos fabricantes con el fin de satisfacer la demanda del mercado y reducir significativamente el precio manteniendo o reduciendo ligeramente el rendimiento del superordenador. modelos. El desarrollo de minicomputadoras tiene como objetivo, en primer lugar, combinar microprocesadores de alto rendimiento en sistemas multiprocesador paralelos y, en segundo lugar, introducir algunas tecnologías de supercomputadoras en las minicomputadoras para hacer que sus funciones sean gigantes. Los pequeños superordenadores actualmente populares tienen una velocidad de procesamiento de 25 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo y cuestan sólo una décima parte del precio de un superordenador.