计算机综述（computer overview）

翻译刘艺《计算机英语》

Unit01_SectionA_Computer_Overview

一、介绍

计算机是一种能接收一套指令或者程序，然后通过数值计算以及处理资源的其他部分来执行这个程序的电子设备。

没有计算机的发展，就不会有现在的这个高科技时代。我们能发现不同种类和尺寸的计算机在社会上应用在储存以及处理数据上，应用范围从秘密政府文件、银行业务交易到个体家庭账目。计算机已经通过自动化技术的应用以及现代通信系统的进步打开了一个制造业新时代。他们是从构造这个宇宙模型到提供天气预告等所有理论研究以及科技应用中的基础工具。他们也不断地衍生出新的猜想领域。数据库服务和计算机网络使各种各样的信息源可供使用。相同的，这些先进技术也可能用于入侵个人以及商业秘密。计算机犯罪也成为了现代科技价值带来的众多风险之一。

二、历史

数字计算机的先驱是法国科学家、数学家和哲学家帕斯卡在1642年发明的第一台加法器。这台机器使用一套十齿齿轮，每一个齿代表着从1到9的数字。这些齿轮都是连续啮合的，所以数字能够通过齿轮上正确的数字进位而准确相加。到了十七世纪六十年代，德国的哲学家和数学家莱布尼茨改进了这台加法器，使他还能进行乘法运算。

法国的发明家雅卡尔有一个复杂的设计，他设计了一台用轻薄而且穿孔的木板来控制编织的织布机。到了十九世纪八十年代，美国的统计学家赫尔曼构想出一个类似雅卡尔的穿孔木板而使用穿孔的卡片来处理数据的想法。他使用一个通过覆盖有电触点（电气连接点）的穿孔卡片的系统去编译统计了1890年美国人口普查的信息。

1、分析机

同样在十九世纪，法国的数学家和发明家巴贝奇试验出现代数字计算机的原理。他构思了一台类似差分机一样的数字机器去处理复杂的数学问题。许多历史学家认为巴贝奇和他的助手——数学家艾达，是真正的现代数字计算机的先锋。巴贝奇的其中一个设计——分析机，拥有很多现代计算机的特征。它有一个以一叠穿孔卡片的形式存在的输入流、一个保存数据的“仓库”、一个进行算术运算的“工厂”和一个产生永久性记录的打印机。虽然这台机器在当时的制造工艺上可能实现，但是巴贝奇在把他的想法付诸实现上还是失败了。

2、早期的计算机

在十九世纪末开始，模拟计算机开始被建造。早期的模型依靠轴和齿轮的旋转来实现计算。等式的数值近似值的求解非常困难以至于不能用这样机器在任一方面去计算。开尔文做出了一个专门模拟计算机的机械发展趋势预测。在第一次和第二次世界大战中，机械计算机和后来的电子模拟计算机被用于分别在潜艇中和飞机中预测计算鱼雷和导弹的发射轨道。另外的系统被设计用来预测密西西比河流域的春洪。

3、电子计算机

在第二次世界大战中，一支由科学家和数学家组成的队伍工作在伦敦的北部——布莱奇利公园。他们建造了第一台全电子制造的数字计算机：巨人。在1943年的十二月，这台包含1500个真空管的数字计算机——巨人开始运作。由艾伦图灵带领的队伍用它来非常成功地破译德国的使用“恩尼格码”加密的无线电报。

独立于这台机器，美国在1939年的早期，一台电子原型机被阿塔那索夫和贝利在艾奥瓦州立学院建造出来。这台原型机的和之后的研究是完全秘密进行的，以及随后又被1945年制造的电子数字积分机和计算机（ENIAC 电子数字积分机计算机）夺去荣耀。ENIAC的专利权因为在1973年，ENIAC被人透露吸收了最先用于阿塔那索夫和贝利的计算机上的原理而专利权被废除。

ENIAC包含18000个真空管以及能每秒进行几百次乘法运算。但是其程序最初是通过导线传送到处理器内的以及必须手动更改。随后的机器都基于美籍匈牙利数学家冯诺依曼的理念带有程序存储器。程序指令如数据都被储存在内存中，这就在执行和允许不用重写计算机而解决问题的时候把计算机从纸带阅读器的速度限制中释放出来。

在20世纪50年代中，晶体管的使用标志着比真空管机器更小、更快和通用的逻辑器件的到来。因为晶体管消耗更少的能量和拥有更长的寿命，这一次的独立发展导致了名为第二代计算机的改良机器的到来。

4、集成电路

在二十世纪六十年代末期，集成电路（IC）被推出，从而有可能将许多晶体管制作在一块硅衬底上，晶体管之间用镀在适当位置的导线相连接。集成电路致使电路制造成本、尺寸以及制造失败率的进一步地下降。随着包含着成千上万相连的晶体管蚀刻在单个硅衬底的大规模集成电路以及随后的超大规模集成电路被推出，微处理器在二十世纪七十年代中期成为了现实。

回来接着说的是现代计算机的电路通断能力：计算机在二十世纪七十年代逐渐可以同时操纵八个电路通断转换。这意味着，它们可以在每一个循环处理八个二进制数字或者位或者数据。一组八个位就做一个字节，每一个字节包含256个开或者关（1或者0）的可能模式。每一种模式是一个指令或者指令的一部分或者数据的一个特别的类型的等价物。数据的类型比如有一个数字或者一个字母或者一个图形标志。举例子说，一个状态是11010010，它可能是二进制数字——在这里，它的十进制为210——或者它可能是一个指令，通知计算机去比较在它的自身开关电位存储的数据和某一内存芯片位置上存储的数据。

三、硬件

现代的计算机不管尺寸如何，都是有着相同的概念。然而，他们能根据成本和性能这些成分分为几种不同类型：个人计算机或者微型计算机是一种相对低价格的机器，通常为桌面尺寸（虽然笔记本电脑足够小到放进公文包，掌上电脑能放进钱包）；工作站是一种拥有增强版的图形处理和通信能力以用于特别适用于办公工作的微型计算机；小型计算机相对于个人使用来说逐渐显得过于昂贵，但工作能力适用于商业公司、学校以及实验室；大型机是一种很大而且昂贵的机器，它能用来服务于主要商业企业、政府部门、科学研究设施或者你想用于的地方（在这些计算机当中，最大和最快的计算机被称为超级计算机）。

四、程序

一个程序是一组用于告诉计算机硬件对数据进行怎样的操作的一组指令。程序可以建立在硬件自身，也可以作为一个被我们成为“软件”的独立的一部分而存在。在一些特别的或者专用的计算机中，操作指令被嵌入到电路中。通常我们能看到的例子有能发现在计算器、手表、汽车发动机以及微波炉中的计算机。在另一方面，一个通用计算机虽然包含一些内含程序（在只读存储器中）或者指令（在处理器芯片上），但是依赖于外部的程序去执行日常的任务。一台计算机一旦烧入程序，它只能做一些或多或少的由软件控制它任意时刻可以做的事。程序被普遍使用，包括用于一个应用很广的应用程序——指挥计算机去怎么执行多种多样的任务。

五、未来的发展

一个计算机持续发展的趋势是其微型化，它的成就来源于压缩越来越多的电路元素在越来越小的芯片空间中。研究者还尝试通过使用超导技术去加快电路功能的实现。超导性是指某一物质在很低的温度下电阻降低的现象。

“第五代计算机”努力去发展计算机技术去解决复杂问题以致最后能用“创造性的”这个词名副其实地来形容。这个灵魂式的目标将被人工智能所实现。一个热门发展的方向是并行运算计算机——用大量芯片来同时执行许多不同的任务。其中一种很重要的并行运算计算机方法是神经网络——模仿神经系统的体系结构。另一种发展的趋势是计算机联网的增长——现在使用卫星的全球数据通信系统以及海底电缆来连接全球的计算机。现在也有相当多的光学计算机的研究——硬件处理用的是更快的光子脉冲而不是电子。

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