計算機的發(fā)展及應用

1、計算機的開展及應用本章簡要介紹計算機的開展史以及它的應用領域，旨在使讀者對計算機有一個感 性的認識。最后，本章展望計算機的未來。2.1 計算機的開展史誰也不曾想到，當初只是當做軍事 計算工具應用的電子計算機，在半個世紀中竟 然會成 為改變社會結構，乃至促使人們的工作和生活方式發(fā) 生驚人變化的寵兒, 真可謂20世紀下半世紀科技開展最 有影響的創(chuàng)造，并且它還將繼續(xù)影響著未來 世界的變 化，使數千年人類文明史中曾有過的各種神話般的幻 想逐漸變

2、為現實。2.1.1 計算機的產生和開展.第一代電子管計算機1943年，第二次世界大戰(zhàn)進入后期:因戰(zhàn)爭的需要，美國國防部批準了由 Pennsylvania 大學 John Mauchly 教授和 John Presper Eckert 工程師提出的建造一 臺用電子管組成的電子數字積分機和計算機（Electronic Numerical Integrator And Computer, ENIAC）的計劃，用它來解決當時國防部彈道研究實驗室

3、（BRL）開發(fā) 新武器的射程和檢測模擬運算表的難題。當時，由于運算能力缺乏，該實驗室無 法在規(guī)定的時間內拿出準確的運算表，嚴重影響了新武器的制作。ENIAC于1946年交付使用，其首要任務就是完成了一系列測定氫彈可靠性的復 雜運算。ENIAC采用十進制運算，電路結構十分復雜，使用18000多個電子管, 運行時耗電量達150千瓦，體積龐大,重量達30噸，占地面積為1500平方英尺， 而且需用手工搬動開關和拔、插電纜來編制程序，使用極不方便

4、，但它比任何機 械計算機快得多，每秒可進行5000屢次加法運算。ENIAC的出現不但實現了制造一臺通用計算機的目標，而且標志計算工具進人了 一個嶄新的時代，是人類文明開展史中的一個里程碑。僅僅半個世紀，計算機已 經使人類社會從工業(yè)化社會開展到了信息化社會。雖然ENIAC于1955年正式退 役，并陳列于美國國立博物館供人們參觀，但它的豐功偉績將永遠記載在人類的 文明史期中。1945年，ENIAC的顧問、數學家馮?諾依曼在為一臺新的計算機E

5、DVAC （電子離 散變量計算機）所制定的計劃中首次提出了存儲程序的概念，即將程序和數據一 起存放在存儲器中，使編程更加方便。這個思想幾乎同時被科學家圖靈（Turing） 想到了。2 .數據處理 數據處理也是計算機的重要應用領域之一。早在20世紀五六十年代，人們 就把 大批復雜的事務數據交給了計算機處理，如政府機關公文、報表和檔案。大銀 行、 大公司、大企業(yè)的財務、人事、物料，包括市場預測、情報檢索、經營決策、生 產管理等大量的數據信

6、息，都由計算機收集、存儲、整理、檢索、統(tǒng)計、修改、 增刪 等，并由此獲得某種決策數據或趨勢，供各級決策指揮者參考。2. 2. 2工業(yè)控制和實時控制通過各種傳感器獲得的各種物理信號經轉換為可測可控的數字信號后，再經計算 機運算，根據偏差，驅動執(zhí)行機構 來調整，便可到達控制的目的。這種應用已被 廣泛用于冶金、機械、紡 織、化工、電力、造紙等行業(yè)中。目前的工業(yè)控制遠比20世紀六七十年代先進得多。新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)以 標準的工業(yè)計算機軟、硬

7、件平臺構成集成系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，具有 更強的適應性，更好的開放性，更易于擴展，更經濟、更短的開發(fā)周期等顯著優(yōu) 點。通常將工控系統(tǒng)分為3層：控制層、監(jiān)控層和管理層?？刂茖邮亲钕聦?，它 是通過各種傳感器來獲得各種有效信號的。監(jiān)控層下連控制層，上連管理層，它 不但實現對現場的實時監(jiān)測與控制，而且常在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達，組 態(tài)開發(fā)的重要作用。特別是組態(tài)軟件的出現，使數據采集、過程控制變得十分簡 單，它為用戶提供良好的開發(fā)界面

8、和簡捷的使用方法，使用各種軟件模塊可以非 常容易地實現和完成監(jiān)控層的各種功能。就目前開展趨勢而言，工業(yè)控制的應用 已經向控管一體化方向開展，利用網絡技術，通過傳感技術和多媒體技術，操作 者可以在控制室內通過大屏幕顯示，了解各車間、各工位、各部門的生產運行情 況，并可直接由控制室發(fā)出各種控制命令，指揮全廠正常工作。在軍事上，導彈的發(fā)射及飛行軌道的計算控制、先進的防空系統(tǒng)等現代化軍事設 施，通常也都是由計算機構成的控制系統(tǒng)，其中包括雷達、地

9、面設施、海上裝備 等。例如，將計算機嵌入到導彈的彈頭內，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，將飛行目標和飛 行軌跡事先存儲在彈載計算機內，導彈在飛行中對實際飛行軌跡進行不斷修正, 直接襲擊目標，其命中率幾乎接近100%。美國在海灣戰(zhàn)爭以及后來的軍事沖突 中，計算機實時控制技術發(fā)揮了極為突出的作用。此外，2003年和2005年我國發(fā)射的載人宇宙飛船都屬于實時控制的應用范疇。2. 2. 3網絡技術的應用促使計算機網絡誕生的最早動機在于實現硬件資源的共享。當

10、時計算機十分昂貴, 人們希望能遠距離利用計算機，因此在1954年第一次實現了將穿孔卡上的數據 從 線發(fā)送到遠方的計算機來完 成運算，這可以說是計算機網絡的雛形，可見 網絡技術的基礎是計算機 技術與通信技術的結合。1992年美國政府提出了“國家信息基礎設施計劃〃，1993年西方七國提出“全球信 息基礎設施計劃〃，整個世界隨著通信技術和計算機技術的結合，在21世紀到來 前，一個嶄新的全球性的Internet正在形成，并正以更新的姿態(tài)訖立