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电子计算つくえ

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重定しげさだこうすう電腦でんのう
「电子计算つくえてき各地かくち常用じょうよう名稱めいしょう
1970年代ねんだい早期そうきてきGEC4080小型こがた
中国ちゅうごく大陸たいりく计算つくえ、电子计算つくえ、电脑
臺灣たいわん電腦でんのう計算けいさん[註 1][1]
みなと電腦でんのう
ほし电脑
日本にっぽん電子でんし計算けいさん[註 2]電算でんさんコンピューター
韓國かんこく컴퓨터電算でんさん[註 3]
ちょうきゅう電腦でんのう-はし(2009)
wristwatchちゅうてき錶型Linux系統けいとう電腦でんのう電腦でんのう也可以很しょうきり一般いっぱんしょゆびてき“PC”——個人こじん電腦でんのう

电子计算つくえ(Computer)またたたえ电脑利用りようかたぎあるもの数字すうじ电子わざすえいち系列けいれつ指令しれい指示しじなみ且自动执ぎょう任意にんいさん术或逻辑操作そうさ序列じょれつてき设备。通用つうよう计算つくえいん有能ゆうのう遵循しょう为“ほどじょてき一般操作集的能力而使得它们能够执行极其广泛的任务。[2]

计算つくえ用作ようさくかく种工业和娛樂ごらく设备てきひかえせいけい统。这包括ほうかつ简单てき特定とくてい用途ようと设备(如ほろなみはるかひかえ)、こう业设备(如こう业机じん集成しゅうせい电路),及通用つうよう设备(如个人电脑智能ちのうしゅつくえこれ类的うつり动设备)とう[3]つきかん计算つくえ种类繁多はんたただしすえ图灵つくえ论,一部具有著基本功能的计算机,应当のう完成かんせいにんなん其它计算つくえのう做的事情じじょう[4]いん此,论上从智能ちのうしゅつくえいたちょう级计さんつくえ应该完成かんせいどう样的さく业(こう虑时间和そん储因もと)。よし于科わざてき飞速进步,した一代计算机总是在性能上能够显著地超过其前一代,这一现象有时被称作“定律ていりつ”。[5]つう互联网,计算つくえ互相连接,极大ひさげだかりょうしんいき交换速度そくどはん过来推动りょう科技かぎてき发展。ざい21せい纪的现在,计算つくえてき应用やめ经涉及到方方かたがた面面めんめん各行かくこうかく业了。[6]

いにしえ以来いらい,简单てき动设备——就像さん——帮助じん们进ぎょう计算。ざいこう业革いのち初期しょきかくしきかく样机械的现,はつ衷都为了完成かんせい冗长而乏あじてきにん务,れい如织つくえてき编织图案。さら复杂てきつくえざい20せい初出しょしゅつ现,つうかたぎ拟电进行复杂特定とくていてき计算。だい一台数字电子计算机出现于だい世界せかいだい间。以来いらい,电脑てき速度そくどこう耗和多功たこうのうせいそく不断ふだん增加ぞうかざい现代,つくえ械计さんつくえてき应用やめ经完ぜん电子计算つくえしょだい

计算つくえざい组成じょう形式けいしき不一ふいつ依然いぜんゆう大量たいりょうたい积庞だいてききょがた计算つくえ为特别的科学かがく计算あるめんこう大型おおがた组织てきこと务处需求ふく务。较小てき、为个じん应用而设计的しょうほろかた计算つくえ(Personal Computer,PC),在中ざいちゅう國大こくだい陆简しょうためほろつくえ」。こんてん在日ざいにちつね使用しよう“计算つくえ”一词时通常也是指此,过现ざい计算つくえさい普遍ふへんてき应用形式けいしき却是嵌入かんにゅうしき嵌入かんにゅうしき计算つくえ通常つうじょうしょう对简单、からだ积小,并被ようらいひかえせい其它设备——无论飞机こう业机じん还是かず码相つくえ[7]

どう计算つくえしょう关的わざ研究けんきゅうさけべ電腦でんのう科學かがく,而「计算つくえわざ术」ゆびてきはた计算つくえ科学かがくてき成果せいか应用于工ほど实践しょ派生はせいてき诸多わざ术性经验せい成果せいかてき总合。「计算つくえわざ术」あずか「计算つくえ科学かがく两个しょう关而また不同ふどうてき概念がいねん,它们てき不同ふどうざい于前しゃ偏重へんちょう于实践而きさきしゃ偏重へんちょう于理论。いたり於由すうすえ为核心的しんてき研究けんきゅうそくたたえためしんいきわざ

传统じょう,现代计算つくえ包含ほうがんいたりしょう一个处理单元(通常つうじょう中央ちゅうおう处理(CPU))かずぼう种形しきてきそん储器。处理もとけん执行さん术和逻辑运算,并且はいじょひかえせい单元以响应于そん储的しんいきあらため操作そうさてき顺序。そと围设备包括ほうかつ输入设备(键盘ねずみみさお纵杆ひとし)、输出设备(显示へいまくしるしつくえひとし)以及执行两种こうのうれいさわ摸屏てき输入/输出设备。そと围设备允许从外部がいぶらいげん检索しんいき,并使操作そうさ结果とく保存ほぞん检索。

历史

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本来ほんらい,计算つくえてき英文えいぶんげん词“computerゆび从事すうすえ计算てきじんえいComputer (occupation)。而他们往往都需要じゅようじょぼう些机械计さん设备あるかたぎ拟计さんつくえ

这些早期そうき计算设备てき祖先そせん包括ほうかつゆうさん,以及以追さかのぼいたおおやけもとまえ87ねんてき古希こき腊人よう于计さんくだりぼしうつり动的やすひさげもととくひしげつくえずい中世ちゅうせい末期まっきおうしゅう数学すうがくあずか工程こうていがくてきさいつぎしげる荣,1623ねんとくこく博学はくがくWilhelm SchickardとくWilhelm Schickard率先そっせんけんせいりょうおうしゅうだい一部いちぶ计算设备,這是一個能進行六位以內數加減法,なみのう通過つうかすずごえ輸出ゆしゅつ答案とうあんてき計算けいさんがね”。使用しようてんどうらい進行しんこう操作そうさ

1642ねんほうこく數學すうがくぬの莱士·帕斯卡ざい英国えいこく数学すうがくかど·おくとくかみなりとくところ制作せいさくてき計算尺けいさんじゃくてき基礎きそじょうはた其加以改すすむ使つかいのう進行しんこうはち計算けいさんかえ賣出うりだしりょう許多きょた製品せいひんなりため當時とうじいちしゅ髦的商品しょうひん

1801ねんほう国人くにびと约瑟おっと·玛丽·みやび卡尔对织ぬのつくえてき设计进行あらため进,使用しよう一系列打孔的纸卡片来作为编织复杂图案的程式。つきかん这种しょうさくまさ卡尔织布つくえてきつくえ并不认为一部いちぶ真正しんせいてき计算つくえただし其可ほどしきせい质使视为现代计算つくえ发展过程ちゅう重要じゅうようてきいち

查尔斯·ともえかい于1820ねん构想设计りょうだい一部いちぶ完全かんぜんほどしき计算つくえただしよし于技术条件じょうけん、经费げんせい,以及无法忍耐にんたい对设计不とまてきおさむ补,这部计算つくえざい有生ゆうせい年始ねんし终未のう问世。约到19せい纪晚,许多きさき证明对计さんつくえ科学かがくゆうじゅう大意たいい义的わざ术相继出现,包括ほうかつあな卡片以及真空しんくうかんとく裔美せき统计がく赫爾曼·なんらくれい设计りょう一部制表用的机器,其中便びん应用あな卡片らい进行だい规模动数すえ处理。

ざい20せい前半ぜんはんかのう,为了迎合げいごう科学かがく计算てき需要じゅよう,许多专门用途ようとてき、复杂不断ふだんぞう长的拟计さんつくえとぎせい出来でき。这些计算つくえよう它们しょ针对てき特定とくてい问题てきつくえ械或电子模型もけいさく为计さんもと础。1930-1940年代ねんだい,计算つくえてき性能せいのう逐渐强大きょうだい并且通用つうようせいいたつつみます,现代计算つくえてき关键特色とくしょく不断ふだん加入かにゅう进来。

1936ねんもぐさ伦·图灵提出ていしゅつりょう图灵つくえ

1937ねんねん仅21岁的あさしょう理工りこう学院がくいん研究けんきゅうせいかつ劳德·发表りょう论文《繼電器けいでんきかずひらく關電かんでんてき符號ふごう分析ぶんせきえいA Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits》,文中ぶんちゅうくびつつみ数字すうじ电子わざ术的应用。むこうじん展示てんじりょう如何いか使用しよう开关らい实现逻辑数学すうがく运算。此后,どおり研究けんきゅうまんあまかわら尔·ぬのてき微分びぶん拟器えいdifferential analyser进一步巩固了他的想法。这是いち个标こころざし二进制电子电路设计和逻辑门应用开始的重要时刻,而这些关键思想しそう诞生てきさき驱,应当包括ほうかつおもね尔蒙·斯特罗格为一个含有逻辑门电路的设备申请了专利;あまひしげ·とく斯拉はやざい1898ねん就曾さる含有がんゆう逻辑门的电路设备;·德富とくとみかみなり斯特,于1907ねん他用たよう真空しんくうかん代替だいたいりょう继电

HP Jornada 690ひらけけいりょうしゅ電腦でんのう結合けつごうてき早期そうき概念がいねんなりため智能ちのうしゅ早期そうき概念がいねん典範てんぱん

沿着这样一条上下求索的漫漫长途去定义所谓的“だい一部电子计算机”相当そうとうこま难。1941ねん5がつ12にちとくこく工程こうていかんひしげとく·すわえさわ完成かんせいりょうてき图灵完全かんぜんつくえ一体いったい计算つくえ“Z3”,这是だい一部いちぶ具有ぐゆう动二进制数学计算特色以及可行的程式化功能的计算机,ただし还不“电子”计算つくえ。此外,其他值得注意ちゅういてき成就じょうじゅ主要しゅようゆう

1941ねんなつたかし诞生てきおもねとう纳索おっと-贝瑞计算つくえ世界せかいじょうだい一部电子计算机,它使ようりょう真空しんくうかん计算进制すう值,复用ないそんざい英国えいこく于1943ねん展示てんじてき神秘しんぴてききょぞう计算つくえ(Colossus computer),つきかんほどしき能力のうりょく极為有限ゆうげんただし它使じん们确しん使用しよう真空しんくうかんすんで值得しん赖,またのう实现电气てきさい编程;哈佛大学だいがくてき哈佛いちがた;以及もと进制てきENIACぜんめいため電子でんしすう值積ぶん計算けいさん,这是だい一部通用意图的计算机,ただしよし于其结构设计够弹せい,导致对它てきごと一次再编程都要重新连接電子线路。

1940年代ねんだいてきだい世界せかい大戰たいせんなかため訓練くんれんとどろき炸機飛行ひこういん美國びくに海軍かいぐん曾向あさしょう理工りこう學院がくいんさがせ詢,のう夠開發出はっしゅついち款可以控せい飛行ひこう模擬もぎてき計算けいさんぐんかた當初とうしょてきしつらえそうただ希望きぼう經由けいゆ計算けいさんはた飛行ひこういん模擬もぎ操作そうささんせいてきすうよりどころ即時そくじ反映はんえいいた儀表ぎひょうばんうえ以前いぜんてき训练けいはやしかつ训练つくええいLink Trainer不同ふどう,军方计划けい统能つき可能かのう实地すえそら气动力学りきがく模型もけい进行拟,以使其能适用于各种不どう类型てき飞机。於是あさしょう理工りこう創造そうぞうりょう旋風せんぷう工程こうてい,其製造せいぞうりょう世界せかいじょうだい一臺能夠即時處理資料的旋風せんぷう電腦でんのう併發へいはつあかりりょう磁芯もうかそん裝置そうち。這為個人こじん電腦でんのうてき發展はってん做出りょう歷史れきし性的せいてき貢獻こうけん

开发ほこりあまおもねかつてきしょう组针对其缺陷けっかんまたいち改善かいぜんりょう设计,并最终呈现出こんてんわが们所熟知じゅくちてき冯·诺伊曼结构ほどじょそん储体けい结构)。这个体系たいけい当今とうぎん所有しょゆう计算つくえてきもと础。 20せい纪40年代ねんだいちゅう晚期ばんきだい批基于此一体系的计算机开始研制,其中以英こく最早もはやつきかんだい一部研制完成并投入运转的是しょう规模实验つくえ(Small-Scale Experimental Machine,SSEM),ただし真正しんせい开发出来できてき实用つくえ可能かのうのべ迟存储电动计さん(EDSAC)。

ざいせい个1950年代ねんだい真空しんくうかん计算つくえきょ于统地位ちい。1958ねん9がつ12にちざいきさきらいえいとくなんじてき創始そうしじん罗伯とく·诺伊斯てきりょうしるべ發明はつめいりょう集成しゅうせい电路

ひさえいとくなんじまた推出りょうほろ處理しょり。1959ねんいた1964年間ねんかん設計せっけいてき計算けいさん一般稱為第二代計算機。

いたりょう1960年代ねんだいでんあきらからだ计算つくえはた其取而代あきらからだかん體積たいせきさらしょう速度そくどさらかい,价格さら低廉ていれん性能せいのうさらもたれ,这使とく它们商品しょうひん化生かせい产。

1964ねんいた1972ねんてき計算けいさん一般被稱為第三代計算機。大量たいりょう使用しよう集成しゅうせい电路典型てんけいてきがたIBM360系列けいれつ

いたりょう1970年代ねんだいせきたい電路でんろわざ术的引入だい大地だいちくだていりょう计算つくえせい产成ほん,计算つくえ也从此开はじめはしこうせんいえまん户。1972ねん以後いごてき計算けいさん習慣しゅうかんじょうしょうためだいよんだい計算けいさんもとだい規模きぼせきたい电路,及後來こうらいてきちょうだい規模きぼせきたい电路Intel 4004美國びくにえいとくなんじ公司こうし (Intel) 推出てきだい1款ほろ處理しょり,也是ぜんたまだいいち款微處理しょり;1971ねん11月15にち发布。1972ねん4がつ1にちえいとくなんじ推出8008ほろ處理しょり。1976ねんふみ蒂夫·賈伯斯斯蒂おっと·沃兹あま亚克そう蘋果計算けいさん公司こうしなみ推出其Apple I計算けいさん。1977ねん5がつApple IIかた計算けいさんはつ佈。1979ねん6がつ1にちえいとくなんじはつ佈了8もとてき8088ほろ處理しょり

1982ねんほろ電腦でんのう開始かいし普及ふきゅう大量たいりょう進入しんにゅう學校がっこう家庭かてい。1982ねん1がつかん懋達64計算けいさんはつ佈,價格かかく595もと

1982ねん2がつIntel 80286はつ佈。ときみゃくひさげだかいた20MHz,なみ增加ぞうかりょう保護ほごしきそん640KB記憶きおくたい支援しえん1MB以上いじょうてききょなずらえ記憶きおくたい每秒まいびょう執行しっこう270まんじょう指令しれい集成しゅうせいりょう134000でんあきらたい

1990ねん11月,ほろはつ佈第いちだいMPC(Multimedia PC,媒體ばいたい個人こじん電腦でんのう標準ひょうじゅん):處理しょりいたりしょうため80286/12 MHz(後來こうらい增加ぞうかいた80386SX/16 MHz),ゆうひかり碟機つて輸率しょう於150 KB/sec。

1994ねん10がつ10日とおかえいとくなんじはつ佈75MHz奔騰ほんとう處理しょり。1995ねん11月1にち,Pentium Proはつ佈。おもしきたち200MHz,每秒まいびょうかね完成かんせい4.4おくじょう指令しれい集成しゅうせいりょう550まんあきらからだかん。1997ねん1がつ8にちえいとくなんじはつ佈Pentium MMX,たい遊戲ゆうぎ媒體ばいたいこうのう進行しんこうりょう增強ぞうきょう

此後計算けいさんてき變化へんか新月しんげつ,1965ねん發表はっぴょうてき定律ていりつ不斷ふだん認證にんしょうあずかはかざい2030年代ねんだい以前いぜん依然いぜん適用てきよう

原理げんり

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個人こじん電腦でんのうてき主要しゅよう結構けっこう
1. ぼたるまく
2. おもいた
3. 中央ちゅうおう處理しょりほろ處理しょり
4. 記憶きおくたい
5. かいめん(如显卡网卡こえ
6. 電源でんげん供應きょうおう(如變壓へんあつ整流せいりゅう
7. 软驱 / ひかり碟機
8. かた(如かたたいかたかたたい磁碟磁片
9. 鍵盤けんばん
10. ねずみ

つきかん计算つくえわざ术自20せい纪40年代ねんだいだい一部いちぶ电子通用つうよう计算つくえ诞生以来いらい以来いらいゆうりょうれいじん目眩めまいてき快速かいそく发展,ただしこんてん计算つくえ仍然基本きほんじょうさいようてきそん储程じょ结构そく冯·诺伊曼结构。这个结构实现りょう实用てき通用つうよう计算つくえ

そん储程じょ结构しょう一部计算机描述成四个主要部分:さん术逻辑单もとひかえせい电路、そん储器输入输出设备。这些けんどおり过一组一组的排线连接(とく别地,とう一组线被用于多种不同意图的数据传输时又被称为总线),并且よし一个時鐘来驱动(当然とうぜんぼう些其事件じけん可能かのう驱动ひかえせい电路)。

概念がいねんじょう讲,一部计算机的存储器可以被视为一组“细胞”单元。まいいち个“细胞”みやこ有一ゆういち个编ごうしょう为地また以存储一个较小的定长信息。这个しんいきすんで以是指令しれいつげ诉计さんつくえ做什么),也可以是かずすえ指令しれいてき处理对象)。はら则上,まいいち个“细胞”みやこただし以存储二しゃにんいちてき

さん术逻辑单もと(ALU)以被しょうさく计算つくえてきだい脑。它能做两类运さんだい一类是算术运算,如对两个数字すうじ进行减法。さん术运さんけんてきこうのうざいALUちゅうじゅう分有ぶんゆうげんてきこと实上, いち些ALU根本こんぽん支持しじ电路级的乘法じょうほう除法じょほう运算(理由りゆう使用しようしゃただのうどおり过编ほど进行乘除じょうじょほう运算)。だい二类是比较运算,そく给定两个すう, ALU对其进行较以确定哪个さらだいいち些。[8]

输入输出けい统是计算つくえ从外世界せかい接收せっしゅうしんいきこう外部がいぶ世界せかいはん馈运さん结果てき手段しゅだん。对于一部标准的个人电脑,输入设备主要しゅようゆう键盘ねずみ,输出设备则是显示しるしつくえ以及其他许多きさきぶんはたよう讨论てき连接いた计算机上きじょうてきI/O设备。

ひかえせいけい统将以上いじょう计算つくえかく部分ぶぶん联系おこりらい。它的こうのう从存储器输入输出设备ちゅう读取指令しれいすうすえ,对指れい进行かい码, 并向ALU交付こうふ符合ふごう指令しれい要求ようきゅうてきせい确输いれ告知こくちALU对这些数すえ做哪些运さん并将结果すうすえかえしかいいたなに处。ひかえせいけい统中いち个重よう组件就是一个用来保持跟踪当前指令所在地址的计数器。 通常つうじょう这个计数ずい指令しれいてき执行而累加るいかただしゆう时如はて指令しれい指示しじ进行とべ转则此规则。

20せい纪80年代ねんだい以来いらいALUひかえせい单元(しゃごうしょう中央ちゅうおう处理)逐渐整合せいごういた一块集成电路上,しょうさくほろ处理。 这类计算つくえてき工作こうさくしき十分じゅうぶんちょく观:ざいいち时钟周期しゅうきうち,计算つくえさき从存储器ちゅう获取指令しれいすうすえしかきさき执行指令しれいそん储数すえさい获取いちじょう指令しれい。这个过程はん复执ぎょうちょくいたりいたいち个终とめ指令しれい

よしひかえせいかい释,运算执行てき指令しれいしゅう一个精心定义的数目十分有限的简单指令集合。一般可以分为四类:1)、かずすえうつり动 (如:しょう一个数值从存储单元A拷贝到そん储单もとB)2)、かず逻运さん(如:计算そん储单もとAあずかそん储单もとB,结果かえしかいそん储单もとC)3)、 条件じょうけん验证(如:如果そん储单もとAないすう值为100,则下一条指令地址为存储单元F)4)、指令しれい序列じょれつ改易かいえき(如:した一条指令地址为存储单元F)

指令しれい如同すうすえ一样在计算机内部是以进制らい表示ひょうじてき如说,10110000就是いちじょうIntel x86系列けいれつほろ处理てき拷贝指令しれいだい码。 ぼう一个计算机所支持的指令集就是该计算机的机器语言。よし此,使用しよう流行りゅうこうてきつくえ语言しょうかい使既成きせい软件ざい一部新计算机上运行得更加容易。所以ゆえん对于些机がたしょう业化软件开发てきじんらい说,它们通常つうじょうただかい关注一种或几种不同的机器语言。

さら强大きょうだいてき小型こがた计算つくえ大型おおがた计算つくえ和服わふく务器可能かのうかいあずか上述じょうじゅつ计算つくえゆうしょ不同ふどう。它们通常つうじょうはたにん务分担给不同ふどうてきCPUらい执行。こんてんほろ处理多核たかく个人电脑也在朝ざいちょう这个方向ほうこう发展。[8]

ちょう级计さんつくえ通常つうじょうゆうあずか基本きほんてきそん储程じょ计算つくえ显著别的体系たいけい结构。它们通常つうじょうゆうすう以千计的CPU, 过这些设计似乎只对特定とくていにん务有ようざいかく种计さんつくえちゅう,还有一些微控制器采用令程序和数据分离的哈佛(Harvard architecture)。

电路实现

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集成しゅうせい電路でんろ現今げんこん電子でんし計算けいさん基礎きそ

以上いじょうしょ说这一些概念性设计的物理实现是多种多样的。如同わが前述ぜんじゅつしょ及,一部存储程序式计算机既可以是巴比奇的机械式的, 也可以是もと数字すうじ电子てきただし数字すうじ电路のうどおり过诸如继电器类的电子ひかえせい开关らい实现使用しよう2进制すうてきさん术和逻辑运算。 こう农的论文せいこうわが展示てんじりょう如何いか排列はいれつ继电らい成能なるのう够实现简单ぬの尔运さんてき逻辑门。其他一些学者很快指出使用真空管可以代替继电器电路。 真空しんくうかん最初さいしょ用作ようさく无线电电ちゅうてき大器たいきこれきさき便びん开始越来ごえくえつ用作ようさく数字すうじ电子电路ちゅうてき快速かいそく开关。とう电子かんてき一个针脚被通电后,电流就可以在另外两端间自由じゆうどおり过。

つう过逻辑门てき排列はいれつ组合わが们可以设计完成かんせい很多复杂てきにん务。举例而言,加法かほう就是其中いち。 该器けんざい电子领域实现りょう两个すうそう并将结果保存ほぞんらいざい计算つくえ科学かがくちゅう这样一个通过一组运算来实现某个特定意图的方法被称做一个算法さんぽうさい终,にん们通过数量すうりょう观的逻辑门电组装成功せいこうりょうかんせいてきALUひかえせい。说它数量すうりょう观,ただ需看いちCSIRAC这部可能かのう最小さいしょうてき实用电子かん计算つくえ。 该机含有がんゆう2000个电かん,其中还有しょうそうようけん,也即说总计合ゆう2000いた4000个逻辑器けん

真空しんくうかん对于せいづくり规模庞大てき门电あきら显力从心。のぼる贵,稳(ゆう其是数量すうりょう时),臃肿,のう耗高,并且速度そくど也不够快—つきかん远超つくえ械开关电。 这一切いっさい导致20せい纪60年代ねんだい它们あきらからだかんだいきさきしゃからだ积更しょうえき操作そうさもたれせいだかさらしょうのう耗,どう时成ほん也更ひく

20せい纪60年代ねんだいきさきあきらからだかん开始逐渐为将大量たいりょうあきらからだかん、其他かく种电もとけん连接导线安置あんちざい一片硅板上的集成电路所取代。 70年代ねんだいALUひかえせいさく为组なりCPUてき两大部分ぶぶん,开始集成しゅうせいいたいち块芯へんじょう,并称为“ほろ处理”。沿着集成しゅうせい电路てき发展以看いた一片芯片上所集成器件的数量有了飞速增长。だい一块集成电路只不过包含几十个部件,而到りょう2015ねんいち块Intel Core i7处理じょうてきあきらからだかんすうもくだかじゅうきゅう亿之きょ

无论电子かんあきらからだかん还是集成しゅうせい电路,它们以通过使用しよう一种触发器设计机制来用作存储程序体系结构中的“そん储”けん。 而事实上さわ发器てき确被用作ようさくしょう规模てきちょう高速こうそくそん储。ただし,几乎ぼつゆうにんなん计算つくえ设计使用しようさわ发器らい进行だい规模すうすえそん储。 最早もはやてき计算つくえ使用しようWilliams电子かんこう一个电视屏或若干条水银延迟线(こえなみどおり过这种线时的走行そうこう速度そくど极为缓慢あし够被认为そん储”ざいりょう上面うわつら) 发射电子たばしかきさき再来さいらい读取てき方式ほうしきらいそん储数すえてき当然とうぜん,这些つきかん有效ゆうこう却不怎么优雅てき方法ほうほうさい终还磁性じせいそん储取而代如说磁芯そん储器代表だいひょうしんいきてき电流ざい其中てき铁质材料ざいりょうないせいづくり恒久こうきゅうてきじゃく磁场,とう这个磁场さい读出时就实现りょうすうすえ恢复。动态ずいつくえそん储器また发明出来でき。它是いち包含ほうがん大量たいりょう电容てき集成しゅうせい电路,而这些电容器ようきけんせい负责そん储数すえ电荷—电荷てき强度きょうど则被てい义为すうすえてき值。

输入输出设备

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6ささえせっ腳的小型こがたPS/2輸入ゆにゅうせっこう
Canon S520しるしひょう

输入输出设备(I/O)对将外部がいぶ世界せかいしんいき发送给计さんつくえてき设备かずすすむ处理结果かえしかい给外世界せかいてき设备てき总称。 这些かえしかい结果可能かのうさく使用しようしゃのう够视觉上体じょうたい验的,あるさく为该计算つくえしょひかえせいてき其他设备てき输入:对于一部いちぶつくえじんひかえせい计算つくえてき输出基本きほんじょう就是这部つくえじん本身ほんみ,如做かく种行为。

だい一代计算机的输入输出设备种类非常有限。通常つうじょうてき输入よう设备あな卡片てき读卡つくえようらいはた指令しれいすうすえ导入ないそん;而用于存储结はててき输出设备则一般いっぱん磁带。ずい科技かぎてき进步,输入输出设备てき丰富せいいたひさげだか。以个じん计算つくえ为例:键盘ねずみ标是よう户向计算つくえ直接ちょくせつ入信にゅうしんいきてき主要しゅよう工具こうぐ,而显示しるしつくえ扩音みみつくえ则返かい处理结果。此外还有许多输入设备以接受其不同ふどう种类てきしんいき,如かず码相つくえ以输にゅう图像。ざい输入输出设备ちゅうゆう两类很值とく注意ちゅういだい一类是二级存储设备,如かたひかりある其他速度そくど缓慢ただし拥有很高容量ようりょうてき设备。だい个是计算つくえ网络访问设备,つう过他们而实现てき计算つくえ直接ちょくせつすうすえ传送极大つつみますりょう计算つくえてき价值。こんてんくに互联网成就じょうじゅりょうすう以千万计的计算机彼此间传送各种类型的数据。

ほどじょ

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简单说,计算つくえほどじょ就是计算つくえ执行指令しれいてきいち序列じょれつ。它既以只几条执行ぼう个简单任务的指令しれい,也可能かのう可能かのうよう操作そうさきょ大数たいすうすえ量的りょうてき复杂指令しれい队列。许多计算つくえほどじょつつみ含有がんゆうひゃくまん计的指令しれい,而 其中很多指令しれい可能かのうはん复执ぎょうざい2005ねん一部いちぶ典型てんけいてき個人こじん電腦でんのう每秒まいびょう执行だい约30亿条指令しれい。计算つくえ通常つうじょう并不かい执行一些很复杂的指令来获得额外的机能,さら它们ざい按照ほどじょ员的排列はいれつらい运行些较简单ただし为数众多てきたん指令しれい

一般いっぱんじょう况下,ほどじょ员们かい直接ちょくせつようつくえ语言らい为计さんつくえうつしにゅう指令しれいてき么做てき结果ただのう费时费力、效率こうりつ低下ていか而且漏ほら百出ひゃくしゅつ所以ゆえんほどじょ一般いっぱんどおり过“こう级”一些的语言来写程序,しかきさきさいゆかりぼう些特别的计算つくえほどじょ,如解释器ある编译将之まさゆきこぼし译成つくえ语言。 一些编程语言看起来很接近机器语言,如汇编程じょ认为てい级语ごと。而另いち些语ごと,如即如抽象ちゅうしょうげん则的Prolog,则完ぜん无视计算つくえ实际运行てき操作そうさ细节,谓是だか级语ごと。对于一项特定任务,应该すえ其事务特てんほどじょ技能ぎのう可用かよう工具こうぐきゃく户需もとめらい选择しょう应的语言,其中また以客户需もとめさい重要じゅうよう美国びくにかず中国ちゅうごく军队てき工程こうてい项目通常つうじょう要求ようきゅう使用しようAda语言)。

计算つくえ软件あずか计算つくえほどじょ并不相等そうとうてき另一个词汇。计算つくえ软件一个较为包容性较强的技术术语,它包含ほうがんりょうよう完成かんせいにん务的かく种程じょ以及所有しょゆうしょう关材りょう。举例说,一个视频游戏不但只包含程序本身,也包括ほうかつ图片、声音こわね以及其他创造きょ拟游戏环さかいてきすうすえ内容ないようざいれい售市场,ざい一部いちぶ计算机上きじょうてきぼう个应ようほどじょただ一个面向大量用户的软件的一个副本。这里老生ろうせいつね谈的れい当然とうぜん还是ほろてきoffice软件组,它包括ほうかつ一系列互相关联的、めんこう一般办公需求的程序。

利用りよう些极其简单的つくえ语言指令しれいらい实现无数こうのう强大きょうだいてき应用软件意味いみ其编ほど规模ちゅうじょうしょうWindows XP这个操作そうさけいほどじょ包含ほうがんてきC++こう级语げんげんだい码达到りょう4000まんぎょう当然とうぜん这还最大さいだいてき。如此庞大てき软件规模也显しめせりょう管理かんりざい开发过程ちゅうてき重要じゅうようせい。实际编程时,ほどじょかい细分いたまい一个程序员都可以在一个可接受的时长内完成的规模。

そく便びん如此,软件开发てき过程仍然进程缓慢,不可ふか预见且遗多多たた。应运而生てき软件工程こうていがく就重てんめんこう如何いかかいさく业进ひさげだか效率こうりつあずか质量。

函数かんすう库与操作そうさけい

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ざい计算つくえ诞生きさきひさにん们发现某些特定とくていさく业在许多不同ふどうてきほどじょちゅうよう实施,如说计算ぼう些标じゅん数学すうがく函数かんすう于效りつ考量こうりょう,这些ほどじょてき标准版本はんぽん就被收集しゅうしゅういたいち个“库”ちゅう以供かくほどじょ调用。许多にん务经つねよう额外处理种类繁多はんたてき输入输出せっこう,这时,よう于连せってき库就のうじょうよう场。

20せい纪60年代ねんだいずい计算つくえこう业化普及ふきゅう,计算つくえ越来ごえくえつ用作ようさく一个组织内不同作业的处理。很快,のう够自动安はいさく业时じょ执行てき特殊とくしゅ软件现了。这些すんでひかえせいかたけんまた负责さく业时じょやすはいてき软件しょう为“操作そうさけい统”。一个早期操作系统的例子是IBMてきOS/360。

ざい不断ふだんかんぜんちゅう操作そうさけい统又引入りょう时间どもとおるつくえせい——并发。这使とく不同ふどうよう户可以“どう时”使用しようつくえ执行自己じこてきほどじょおこりらい就像ごと个人ゆう一部いちぶ自己じこてき计算つくえ。为此,操作そうさけい需要じゅようこうまい个用户提供ていきょう一部いちぶきょ拟机らいぶん离各个不同ふどうてきほどじょよし于需よう操作そうさけい统控せいてき设备也在不断ふだん增加ぞうか,其中いち便びんかた盘。いん操作そうさけい统又引入りょうぶんけん管理かんり管理かんりぶんけん夹),だいだい简化りょう这类永久えいきゅう储存せい设备てき应用。此外,操作そうさけい统也负责安全あんぜんひかえせい,确保よう户只のう访问些已获得まこと许的ぶんけん

当然とうぜんいた目前もくぜん为止操作そうさけい统发てん历程ちゅうさいきさき一个重要步骤就是为程序提供标准图形よう户界めんつきかんぼつゆう什么わざ原因げんいん表明ひょうめい操作そうさけい统必须得提供ていきょう这些界面かいめんただし操作そうさけい统供应商们总希望きぼう并鼓励那些运ぎょうざい其系统上てき软件のう够在がい观和ぎょう为特せいじょうあずか操作そうさけい保持ほじ一致いっちある相似そうじ

じょりょう以上いじょう这些核心かくしんこうのう操作そうさけい统还ふうそうりょういち系列けいれつ其他常用じょうよう工具こうぐ。其中一些虽然对计算机管理并无重大意义,ただし于用户而げん很是有用ゆうよう如,苹果りんご公司こうしてきMac OS X就包含ほうがん视频剪辑应用ほどじょ

いち些用于更しょう规模てき计算つくえてき操作そうさけい可能かのうぼつよう如此众多てきこうのう早期そうきてきほろかた计算つくえよし于记忆体处理能力のうりょく有限ゆうげん而不かい提供ていきょう额外こうのう,而嵌入かんにゅうしき计算つくえ使用しよう特定とくていりょうてき操作そうさけい统或しゃもろぼっゆう,它们往往おうおうつう过应ようほどじょ直接ちょくせつ代理だいり操作そうさけい统的ぼう些功のう

应用

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IBM System z9えいIBM System z9銀行ぎんこうよう金融きんゆう伺服現代げんだい金融きんゆうぎょうはややめ大量たいりょう依賴いらい電腦でんのうもう來運らいうんさく
美國びくに戰術せんじゅつすう訊鏈TADIL終端しゅうたん

おこりはつたい积庞だい而价かくのぼるてき数字すうじ计算つくえ主要しゅようよう做执ぎょう科学かがく计算,とく别是军用课题。如ENIAC最早もはや就是用作ようさく弹计さん设计氢弹时计さん断面だんめん中子なかご密度みつどてき(如今许多ちょう级计さんつくえ仍然ざい拟核试验方面ほうめん发挥きょ大作たいさくよう)。澳大利おおとし亚设计的首部しゅぶそん储程じょ计算つくえCSIRACえいCSIRAC负责对水电工程こうていちゅうてきしゅうみず带的降雨こううじょうがた进行评估。还有一些被用于解密,英国えいこくてききょぞう编程计算つくえ除去じょきょ这些早年そうねんてき科学かがくある军工应用,计算つくえざい其他领域てき推广また十分じゅうぶん迅速じんそく

从一开始,そん储程じょ计算つくえ就与しょう业问题的かい决息いきしょう关。ざいIBMてきだい一部商用计算机诞生之前,英国えいこくやく瑟·さとのぼる公司こうしえいJ. Lyons and Co.就设计制づくりりょうさとのぼるいちごうえいLEO (computer)以进ぎょう资产管理かんりある迎合げいごう其他しょう用途ようとよし于持续的たい积与成本なりもとひかえせい,计算つくえ开始こうさら小型こがたてき组织ない普及ふきゅう20せい纪70年代ねんだいほろ处理てき发明,れん价计さんつくえなり为了现实。80年代ねんだい,个人计算つくえ全面ぜんめん流行りゅうこう,电子ぶん档写さくあずか印刷いんさつ,计算预算其他じゅう复性てき报表さく越来ごえくえつ开始赖计さんつくえ

ずい计算つくえ便宜べんぎおこりらい,创作せいてき艺术工作こうさく也开はじめ使用しよう它们。ひと利用りよう合成ごうせい,计算つくえ图形动画らい创作かずおさむあらため声音こわね,图像,视频。视频ゆうてき产业也说あきらりょう计算つくえざい娱乐方面ほうめん也开创了しんてき历史。

计算つくえ小型こがた以来いらいつくえ设备てきひかえせい也开はじめおおせ仗计さんつくえてき支持しじ。其实,せい当年とうねん为了建造けんぞうあし够小てき嵌入かんにゅうしき计算つくえらいひかえせい阿波あわ1ごうざい刺激しげきりょう集成しゅうせい电路わざ术的跃进。こんてんおもえよう一部いちぶ计算つくえひかえせいてきゆうげんつくえ械设备要找一部哪怕是部分计算机控制的设备要难得多。可能かのうさい著名ちょめいてき计算つくえひかえせい设备ようつくえじん莫属,这些つくえゆうあるおおあるしょうひと类的外表そとおもて并具备人类行为的ぼういちしゅうざい批量せい产中,こうつくえじんやめ寻常もの过,完全かんぜんてき拟人つくえじん还只停留ていりゅうざいまぼろししょうある实验しつこれちゅう

つくえじんわざ术实质上人工じんこう智能ちのう(AI人工じんこう智慧ちえ)领域ちゅうてき物理ぶつりおもて达环节。ところ人工じんこう智能ちのう(AI人工じんこう智慧ちえ)一个定义模糊的概念がいねんただし肯定こうていてき这门学科がっか试图れい计算つくえ拥有目前もくぜん它们还没ゆうただしさく为人类却固有こゆうてき能力のうりょくすうねん以来いらい不断ふだんゆう许多しん方法ほうほう开发出来でき以允许计さんつくえ做那些之ぜん认为ただ有人ゆうじん才能さいのう做的事情じじょう如读书、しも棋。しか而,いた目前もくぜん为止,ざいとぎせい具有ぐゆうじん类的一般いっぱん整体せいたいせい智能ちのうてき计算つくえ方面ほうめん,进展仍じゅうふん缓慢。

网络、くに际互联网

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20せい纪50年代ねんだい以来いらい计算つくえ开始用作ようさく协调不同ふどう地方ちほうしんじいきてき工具こうぐ美国びくに军方てき贤者けい统(SAGE)就是这方めんだい一个大规模系统。これきさき“军刀”とう一系列特殊用途的商业系统也不断涌现出来。

70年代ねんだいきさき美国びくにかくだいいんこうてき计算つくえ工程こうてい师开はじめ使用しよう电信わざ术把们的计算つくえ连接おこりらいよし于这方面ほうめんてき工作こうさくいたりょうARPAてき赞助,其计さんつくえ网络也就しょうARPANET。此后,よう于ARPA网的わざ术快そく扩散进化,这个网络也冲破大学だいがく军队てき范围さい形成けいせいりょうこんてんてきこく际互联网。网络てき现导致了对计さんつくえ属性ぞくせい边界てきさいてい义。ふとし阳微けい公司こうしてきやく翰·ぶたきちえいJohn Gage尔·乔伊就指:“网络そく计算つくえ”。计算つくえ操作そうさけい统和应用ほどじょ纷纷こうのう访问诸如网内其它计算つくえとう网络资源てき方向ほうこう发展。最初さいしょ这些网络设备仅限于为だかはし科学かがく工作こうさくしゃしょ使用しようただし90年代ねんだいきさきずい电子邮件まん维网わざ术的扩散,以及以太网ADSLとう网络连接わざ术的れん价化,互联网络やめ变得无所不在ふざい今日きょうにゅう网的计算つくえ总数,なにとめ以千まん计;无线互联わざ术的普及ふきゅう使つかいとく互联网在うつり动计さん环境ちゅうまた如影ずいがた如在笔记ほん计算机上きじょう广泛使用しようてきWi-Fiわざ术就无线じょう网的代表だいひょうせい应用。

90年代ねんだいこれざい電話でんわすうよりどころMODEM 技術ぎじゅつ成熟せいじゅくゆかり窄頻てき電話でんわばちせっますきゅうなりためひろししきかずよりどころ,這代表だいひょうもうしん時代じだい來臨らいりんゆかり慢跑てき速度そくど改變かいへん而成ひらきしゃてき速度そくど,也同改變かいへん電腦でんのう使用しようしゃ習慣しゅうかんさらだいだい普及ふきゅうもう連絡れんらくでん訊的方式ほうしき,如即時そくじどおりあるSKYPEとうとう以往いおうただのう文字もじでん訊提ますいたりかげおんでん輸;而雲はし大數たいすうよりどころ時代じだいづくり就了各種かくしゅ新型しんがたたいぎょうぎょう,如網商店しょうてんあみでんしょうあみはくうりあみ銷售、あみ遊戲ゆうぎあみ設計せっけい架設かせつ,以及越來ごえくえつ普遍ふへんせいてきくもはしすうよりどころ資料しりょうある備份せいざい時時ときどきゆう改變かいへん現有げんゆう人類じんるいてき生活せいかつ

したいちだい计算つくえ

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问世以来いらい数字すうじ计算つくえざい速度そくど能力のうりょくじょうゆうりょう观的ひさげますまでこん仍有しょう课题显得ちょうりょうとうぜん计算つくえてき能力のうりょくしょ及。 对于其中いち部分ぶぶん课题,传统计算つくえ无论如何いか不可能ふかのう实现てきいん为找到一个解决方法的时间还赶不上问题规模的扩展速度。よし此,科学かがく开始しょうこう转向生物せいぶつ计算わざ术和量子りょうし论来かい决这いち类问题。如,にん们计划用生物せいぶつせいてき处理らいかい特定とくてい问题(DNA计算)。よし于细胞分裂ぶんれつてき指数しすう级增长方しき,DNA计算けい统很ゆう可能かのう备解决同とう规模问题てき能力のうりょく当然とうぜん,这样一个系统直接受限于可控制的DNA总量。

量子りょうし计算つくえ利用りようりょう量子りょうし物理ぶつり世界せかいてきちょうつね特性とくせい一旦いったんのう够造量子りょうし计算つくえ么它ざい速度そくどじょうてきひさげますしょうれい一般傳統计算机难以望其项背。[9]

如今, ひと们正ざい积极研究けんきゅうよう许多ゆう前途ぜんとてき新型しんがたわざ术制づくり计算つくえれい如光がく计算つくえ、DNA 计算つくえかみ经计さんつくえかず量子りょうこ计算つくえだい多数たすう计算つくえ通用つうようてきのう够计さんにんなん计算てき函数かんすう,并且仅受其内そん容量ようりょう运行速度そくどてききりせいしか而,不同ふどうてき计算つくえ设计以为特定とくてい问题提供ていきょう非常ひじょう不同ふどうてき性能せいのうれい如,量子りょうし计算つくえ可能かのうかい很快やぶかい一些现代加密算法(つう量子りょうし分解ぶんかい)。

计算つくえ学科がっか

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ざい当今とうぎん世界せかい,几乎所有しょゆう专业あずか计算つくえいきいきしょう关。ただしただゆうぼう特定とくてい职业和学わがくざいかい深入ふかいり研究けんきゅう计算つくえ本身ほんみてきせいづくり、编程使用しようわざ术,もちいらい诠释计算つくえ学科がっかない不同ふどう研究けんきゅう领域てきかく个学术名词的涵义不断ふだん发生变化,どう时新学科がっか也层穷。

  • 计算つくえ工程こうてい电子工程こうていてきいち个分ささえ主要しゅよう研究けんきゅう计算つくえ软硬けん二者间的彼此联系。
  • 计算つくえ科学かがく对计さんつくえ进行がく研究けんきゅうてき传统しょう谓。主要しゅよう研究けんきゅう计算わざ术和执行特定とくていにん务的だかこう算法さんぽう。该门学科がっか为我们解决确じょう一个问题在计算机领域内是否可解,如可かい其效りつ如何いか,以及如何いか作成さくせいさらだか效率こうりつてきほどじょ。时至今日きょうざい计算つくえ科学かがくないやめ经衍せいりょう许多ぶんささえまい一个分支都针对不同类别的问题进行深入研究。
  • 软件工程こうていじゅう研究けんきゅう开发だか质量软件けい统的方法ほうほうがく实践方式ほうしき,并试图压缩并预测开发成本なりもと及开发周
  • しんいきけい研究けんきゅう计算つくえざい一个广泛的有组织环境(しょう业为ぬしちゅうてき计算つくえ应用。

许多学科がっかあずか其他学科がっか相互そうご交织。如地理ちりしんいきけい专家就是利用りよう计算つくえわざ术来管理かんり地理ちりしんいき

ぜんたまゆう三个较大规模的致力于计算机科学的组织:英國えいこく電腦でんのう學會がっかい美国びくに计算つくえ协会(ACM);美国びくに电機电子工程こうてい师协かい

註釋ちゅうしゃく

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  1. ^ 臺灣たいわん現在げんざい仍有「計算けいさん概論がいろん課程かてい
  2. ^ 日本にっぽん法律ほうりつよう语。
  3. ^ 諺文おんもんうつしさく「전산기」。

參考さんこう文獻ぶんけん

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  1. ^ じゅうへん國語こくご辭典じてん修訂しゅうていほん》「計算けいさんじょう. [2020-01-26]. (原始げんし内容ないようそん于2023-04-04). 
  2. ^ [1]亚民.计算つくえ组成あずかけい统结构[M].きよし华大がく出版しゅっぱんしゃ,2000.
  3. ^ [1]高文たかふみ.计算つくえわざ术发てんてき历史、现状あずか趋势[J].中国ちゅうごく科学かがく基金ききん, 2002, 000(001):33-36.DOI:10.3969/j.issn.1000-8217.2002.01.009.
  4. ^ [1]えいあきら,李平すももだい.もと量子りょうし逻辑てき图灵つくえ及其通用つうようせい[J].计算つくえがく报, 2012, 35(7):14.DOI:10.3724/SP.J.1016.2012.01407.
  5. ^ [1]おう寿ひさしまつ.定律ていりつあずかはん导体设备[J].电子こう业专よう设备, 2002, 31(4):4.DOI:10.3969/j.issn.1004-4507.2002.04.002.
  6. ^ 杰夫·きゅう斯顿. 互联网过去 25 ねんてき历史(1998~2023)(いち)-きよし华大がく互联网产业研究けんきゅういん. www.iii.tsinghua.edu.cn. きよし华大がく互联网产业研究けんきゅういん. [2024-05-17]. 
  7. ^ Meuer, Hans; Strohmaier, Erich; Simon, Horst; Dongarra, Jack (2006-11-13). Architectures Share Over Time. TOP500. Retrieved on 2006-11-27.
  8. ^ 8.0 8.1 Digital Equipment Corporation (1972). PDP-11/40 Processor Handbook (PDF), Maynard, MA: Digital Equipment Corporation.
  9. ^ Stokes, Jon (2007). Inside the Machine: An Illustrated Introduction to Microprocessors and Computer Architecture. San Francisco: No Starch Press. ISBN 978-1-59327-104-6.

まいり

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外部がいぶ連結れんけつ

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