數(shù)字技術(shù)的發(fā)展歷程10

1、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展歷程一、發(fā)展概述電子技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，已經(jīng)使得工業(yè)，農(nóng)業(yè), 科研，教育，醫(yī)療，文化娛樂(lè)以及人們的日常生活發(fā)生了根本的變革。特別是數(shù) 字電子技術(shù)，在近四十多年來(lái)，取得了令人矚目的進(jìn)步。電子技術(shù)的發(fā)展歷程是以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)的。20世紀(jì)初直至中葉，主要使用的電子器件是真空管，也稱電子管。隨著固體微電子學(xué)的進(jìn)步，第一支 晶體三極管于1947年問(wèn)世，開(kāi)創(chuàng)了電子技術(shù)的新領(lǐng)域。隨后60年代初，模擬和 數(shù)字集成電路相繼問(wèn)世。到70年代末微處理器的問(wèn)世，電子器件及應(yīng)用出現(xiàn)了 嶄新的局面。1988年，集成工藝可在一平方厘米的硅片上集成3500萬(wàn)個(gè)元件，說(shuō)明集成電路進(jìn)入

2、甚大規(guī)模階段。當(dāng)前的制造技術(shù)已經(jīng)使得集成電路芯片內(nèi)部的 布線細(xì)微到亞微米和深亞微米(0.130.09m )量級(jí)。隨著芯片上元件和布線 的縮小，芯片的功耗降低而速度大為提高。最新生產(chǎn)的微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá) 3GHz(109 Hz)。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展歷程與模擬電路一樣， 經(jīng)歷了由電子管，半導(dǎo)體分立器件到 集成電路的過(guò)程。由于集成電路的發(fā)展非常迅速，很快占有主導(dǎo)地位，因此，數(shù) 字電路的主流形式是數(shù)字集成電路。 從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，數(shù)字集成器件以雙 極型工藝制成了小規(guī)模邏輯器件，隨后發(fā)展到中規(guī)模； 70年代末，微處理器的 出現(xiàn)，使數(shù)字集成電路的性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍；從80年代中期開(kāi)始，專用集成電路(

3、ASIC)制作技術(shù)已趨向成熟，標(biāo)志著數(shù)字集成電路發(fā)展到了新的階段。、數(shù)字技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)1935 年 IBM 推出 IBM 601這臺(tái)機(jī)器無(wú)論在自然科學(xué)1500 臺(tái)。1938 年 Claude數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的典型代表是電子計(jì)算機(jī)，它是伴 隨著電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)起源自英 國(guó)數(shù)學(xué)教授Charles Babbage.他發(fā)現(xiàn)通常的計(jì)算設(shè) 備中有許多錯(cuò)誤，在劍橋?qū)W習(xí)時(shí)，他認(rèn)為可以利用蒸 汽機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。起先他設(shè)計(jì)差分機(jī)用于計(jì)算導(dǎo)航表， 后來(lái)，他發(fā)現(xiàn)差分機(jī)只是專門(mén)用途的機(jī)器，于是放棄 了原來(lái)的研究，開(kāi)始設(shè)計(jì)包含現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本組成部 分的分析機(jī)(Analytical-Engine )。 Babb

4、age 的蒸汽 動(dòng)力計(jì)算機(jī)雖然最終沒(méi)有完成，以今天的標(biāo)準(zhǔn)看也是 非常原始的，然而，它勾畫(huà)出現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)的基本 功能部分，在概念上是一個(gè)突破。在這之前的計(jì)算機(jī)，都是基于機(jī)械運(yùn)行方式，盡管有個(gè)別產(chǎn)品開(kāi)始引入一些 電學(xué)內(nèi)容，卻都是從屬與機(jī)械的，還沒(méi)有進(jìn)入計(jì)算機(jī)的靈活：邏輯運(yùn)算領(lǐng)域。而 在這之后，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)就開(kāi)始了由機(jī)械向電子時(shí)代的過(guò)渡, 電子越來(lái)越成為計(jì)算機(jī)的主體，機(jī)械越來(lái)越成為從屬，二者的地位發(fā)生了變化, 計(jì)算機(jī)也開(kāi)始了質(zhì)的轉(zhuǎn)變。1906年美國(guó)的Lee De Forest發(fā)明了電子管。在這之前造出數(shù)字電子計(jì)算機(jī)是不可能的。這為電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 機(jī)，這是一臺(tái)能在一秒鐘

5、算出乘法的穿孔卡片計(jì)算機(jī) 還是在商業(yè)意義上都具有重要的地位。大約造了E.Shannon 發(fā)表了用繼電器進(jìn)行邏輯表示的論文。 1938 年柏林的 Konrad Zuse 和他的助手們完成了一個(gè)機(jī)械可編程二進(jìn)制形式的計(jì)算機(jī)，其理論基 礎(chǔ)是 Boolean代數(shù)。后來(lái)命名為Z1。它的功能比較強(qiáng)大，用類(lèi)似電影膠片的東西作為 存儲(chǔ)介質(zhì)?？梢赃\(yùn)算七位指數(shù)和 1 6位小數(shù)?？梢杂靡粋€(gè)鍵盤(pán)輸入數(shù)字，用燈泡 顯示結(jié)果。 1939 年加利福尼亞的 David Hewlet 和 William Packard 在他們的 車(chē)庫(kù)里造出了 Hewlett-Packard 計(jì)算機(jī)。名字是兩人用投硬幣的方式?jīng)Q定的。 包 括兩人

6、名字的一部分。 1939 年 11 月美國(guó) John V.Atanasoff 和他的學(xué)生 Clifford Berry 完成了一臺(tái) 16位的加法器， 這是第一臺(tái)真空管計(jì)算機(jī)。 1939 年 Zuse 和 Schreyer 開(kāi)始在他們的 Z1 計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展 Z2 計(jì)算機(jī)，并用繼電 器改進(jìn)它的存儲(chǔ)和計(jì)算單元。 1940年 Schreyer 利用真空管完成了一個(gè) 10位的 加法器，并使用了氖燈做存儲(chǔ)裝置。1943年到 1959年時(shí)期的計(jì)算機(jī)通常被稱作第一代計(jì)算機(jī)。使用真空管，所 有的程序都是用機(jī)器碼編寫(xiě)，使用穿孔卡片。典型的機(jī)器就是UNIVAC。 1943年1 月 Mark I ，自動(dòng)順序控制

7、計(jì)算機(jī)在美國(guó)研制成功。 整個(gè)機(jī)器有 51 英尺長(zhǎng)， 重 5噸， 75 萬(wàn)個(gè)零部件，使用了 3304 個(gè)繼電器， 60 個(gè)開(kāi)關(guān)作為機(jī)械只讀存儲(chǔ)器。 程序存儲(chǔ)在紙帶上， 數(shù)據(jù)可以來(lái)自紙帶或卡片閱讀器。 被用來(lái)為美國(guó)海軍計(jì)算彈 道火力表。 1943 年 4 月 Max Newma、n Wynn-Williams 和他們的研究小組研制成 功Heath Rob in so n，這是一臺(tái)密碼破譯機(jī)，嚴(yán)格說(shuō)的話不是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。但 是其使用了一些邏輯部件和真空管，其光學(xué)裝置每秒鐘能讀入 2000 個(gè)字符。同 樣具有劃時(shí)代的意義。 1943 年 9 月 Williams 和 Stibitz 完成了 Relay

8、Interpolator ，后來(lái)命名為” Model II Relay Calculator ”。這 是一臺(tái)可編程計(jì)算機(jī)。 同樣使用紙帶輸入程序和數(shù)據(jù)。 其運(yùn)行更可靠， 每個(gè)數(shù)用 7個(gè)繼電器表示，可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。1943年 12月，最早的可編程計(jì)算機(jī)在英國(guó)推出，包括 2400 個(gè)真空管，目的是為了破譯德國(guó)的密碼，每秒能翻譯大約5000個(gè)字符，但使用完后不久就遭到了毀壞。 據(jù)說(shuō)是因?yàn)樵诜g俄語(yǔ)的時(shí)候出現(xiàn)了錯(cuò) 誤。真空管時(shí)代的計(jì)算機(jī)盡管已經(jīng)步入了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的范疇， 但其體積之大、 能 耗之高、故障之多、價(jià)格之貴大大制約了它的普及應(yīng)用。 直到晶體管被發(fā)明出來(lái)， 電子計(jì)算機(jī)才找到了騰飛的起點(diǎn)。 194

9、7年 Bell 實(shí)驗(yàn)室的 William B. Shockley、 John Bardeen 和 Walter H. Brattain. 發(fā)明了晶體管，開(kāi)辟了電子時(shí)代新紀(jì)元。 1949年劍橋大學(xué)的 Wilkes和他的小組建成了一臺(tái)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)EDSAC這是一個(gè)突破，可以多次在其上存儲(chǔ)程序。這臺(tái)機(jī)器是 John von Neumann 提議建 造的。1950年軟磁盤(pán)由東京帝國(guó)大學(xué)的 Yoshiro Nakamats發(fā)明。其銷(xiāo)售權(quán)由IBM 公司獲得。開(kāi)創(chuàng)存儲(chǔ)時(shí)代新紀(jì)元。 1950 年英國(guó)數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)先驅(qū) Alan Turing 說(shuō)：計(jì)算機(jī)將會(huì)具有人的智慧， 如果一個(gè)人和一臺(tái)機(jī)器對(duì)話， 對(duì)于提

10、出和回答的 問(wèn)題，這個(gè)人不能區(qū)別到底對(duì)話的是機(jī)器還是人， 那么這臺(tái)機(jī)器就具有了人的智 能。1951年Grace Murray Hopper完成了高級(jí)語(yǔ)言編譯器。1954年IBM的 John Backus 和他的研究小組開(kāi)始開(kāi)發(fā)FORTRAN(FORmula TRANslation)，1957年完成，這是一種適合科學(xué)研究使用的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。 1 956年第一次有 關(guān)人工智能的會(huì)議在Dartmouth學(xué)院召開(kāi)。1957年IBM開(kāi)發(fā)成功第一臺(tái)點(diǎn)陣打 印機(jī)。1957年FORTRAN高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)成功。三、數(shù)字技術(shù)的其他應(yīng)用交通控制系統(tǒng)也是數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的一典型范例。交通燈是 1920 年問(wèn)世的， 早期的交通燈是用機(jī)電定時(shí)器控制。 后來(lái)用繼電器和開(kāi)關(guān)構(gòu)成的控制器， 根據(jù)道 路上傳感檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行控制。 現(xiàn)在的交通燈由計(jì)算機(jī)控制， 可以將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢 測(cè)到的車(chē)輛流量信息送到系統(tǒng)計(jì)算機(jī) ，經(jīng)過(guò)計(jì)算后進(jìn)行合理的時(shí)間分配。如果 某路口東西方向堵塞， 則將該路口東西方向的綠燈自動(dòng)延時(shí)， 并將附近區(qū)域東西 方向的紅燈也自動(dòng)地延時(shí)，堵塞接觸后，信號(hào)燈恢復(fù)正常狀態(tài)。四、總結(jié)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 將會(huì)有更多的數(shù)字電子產(chǎn)品陸續(xù)問(wèn)世。 數(shù)字技術(shù)的 發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用正改變著人類(lèi)的生