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第26章 数字化工具计算机的应用与发展

世界上第一台计算机ENIAC 由美国Pennsylvania 大学John Mauchly 教授和John Presper Ecker 工程师用电子管建成的,于1946年交付使用,ENIAC 采用十进制运算。

电路结构十分复杂,使用18000多个电子管,运行时耗电量达150千瓦。体积庞大,重量达30多吨,占地面积为160平方米,而且需用手工搬运开关和拨、插电缆来编制程序,使用极不方便,但它却比任何机械计算机快得多,每秒可进行5000多次加法运算。

1947年在贝尔实验室成功地用半导体硅片作基片,制成了第一个晶体管。它的小体积、低耗电以及载流子高速运行的特点,使真空管望尘莫及。用晶体管取代电子管以后,计算机的性能有了很大的提高。

集成电路制作技术就是利用光刻技术把晶体管、电阻、电容等构成的单个电路制作在一块极小(如几个平方微米)的硅片上。其进一步发展,实现了将成百上千个这样的门电路全部制作在一块极小的硅片上,并引出与外部连接的引线,这样,一次便能制作成成百上千相同的门电路,又一次大大地缩小了计算机的体积,大幅度下降了耗电量,极大地提高了机器的可靠性。这就是人们称作的小规模集成电路(SSI)和中等规模集成电路(MSI)的第三代计算机。

第三代计算机之后,人们没有达成定义新一代计算机的一致意见,如果从硬件技术上讲,可以把用大规模、超大规模集成电路技术制成的计算机称为第四代计算机。

计算机技术是微电子技术最重要的应用领域。微电子技术的不断发展,使计算机从根本上改变了面貌,型号越来越多,功能越来越全,效率越来越高,用途越来越广。人们用计算机不仅是进行数学运算,还可以进行文字处理、图像处理、数据处理、自动控制、事务管理等。

从信息的采取、加工处理、储存传输来认识,计算机技术集中反映了现代信息技术的发展,既是信息处理的主体,又是促进信息技术发展的基础,是现代信息技术的支柱。

计算机技术在生产、工作和学习中的普及,促进了各个领域的迅速变化,极大地提高了工作、学习效率和经济效益,促进了生产力的发展。

计算机科学与技术同各门学科相结合,改进了研究工具和研究方法,促进了各门学科的发展。过去,人们主要通过实验和理论两种途径进行科学技术研究。现在,计算和模拟已成为研究工作的第三条途径。计算机已成为一种重要的研究、实验和设计工具。计算机与有关的实验观测仪器相结合,可对实验数据进行现场记录、整理、加工、分析和绘制图表,显著地提高实验工作的质量和效率。计算机辅助设计已成为工程设计优质化、自动化的重要手段。在理论研究方面,计算机是人类大脑的延伸,可代替人脑的若干功能并加以强化。古老的数学靠纸和笔运算,现在计算机成了新的工具。例如数学定理证明之类的繁重脑力劳动,已有可能由计算机来完成或部分完成,以便数学家集中精力去进行真正创造性的劳动。计算和模拟作为一种新的研究手段,常使一些学科衍生出新的分支学科。例如,空气动力学、气象学、弹性结构力学和应力分析等所面临的“计算障碍”,在有了高速计算机和有关的计算方法之后开始有所突破,并衍生出计算空气动力学、气象数值预报等边缘分支学科。利用计算机进行定量研究,不仅在自然科学中发挥了重大的作用,在社会科学和人文学科中也是如此。例如,在人口普查、社会调查和自然语言研究方面,计算机就是一种很得力的工具。

计算机在各行各业中的广泛应用,常常产生显著的经济效益和社会效益,从而引起产业结构、产品结构、经营管理和服务方式等方面的重大变革。在产业结构中已出现了计算机制造业和计算机服务业,以及知识产业等新的行业。各种行业和部门内部结构也在发生变化,如出现了计算中心、数据处理部、计算机辅助设计中心等新的结构,并且使有些机构的层次减少,机构之间的信息渠道畅通。

计算机嵌入产品之中,通常会使产品更新换代,并且有可能进一步引起一些行业的产品结构发生变化。微处理器和微计算机已嵌入机电设备、电子设备、通信设备、仪器仪表和家用电器中,使这些产品向智能化方向发展。计算机被引入各种生产过程系统中,使化工、石油、钢铁、电力、机械、造纸、水泥等生产过程的自动化水平大大提高,劳动生产率上升、质量提高、成本下降。

计算机嵌入各种武器装备和武器系统中,可显著提高其作战效果。

在经营管理方面,计算机可用于完成统计、计划、查询、库存管理、市场分析、辅助决策等,使经营管理工作科学化和高效化,从而加速资金周转,降低库存水准,改善服务质量,缩短新产品研制周期,提高劳动生产率。在办公室自动化方面,计算机可用于文件的起草、检索和管理等,显著提高办公效率。

计算机还是人们的学习工具和生活工具。借助家用计算机、个人计算机、计算机网、数据库系统和各种终端设备,人们可以学习各种课程,获取各种情报和知识,处理各种生活事务(如订票、购物、存取款等),甚至可以居家办公。越来越多的人的工作、学习和生活中将与计算机发生直接的或间接的联系。普及计算机教育已成为一个重要的问题。

总之,计算机的发展和应用已不仅是一种技术现象,而且是一种政治、经济、军事和社会现象。世界各国都力图主动地驾驭这种社会计算机化和信息化的进程,克服计算机化过程中可能出现的消极因素,更顺利地向高度社会信息化方向迈进。

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