La evolución de las herramientas informáticas

(1) Cualquier gran invento de los dedos, las fichas para contar y el ábaco no surgió de la nada. Lo mismo ocurre con las computadoras electrónicas. La búsqueda por parte de la humanidad de herramientas informáticas de alta velocidad se remonta a la antigüedad. El dedo humano es una herramienta de cálculo natural y una de las herramientas de cálculo más antiguas. En la antigüedad, la gente no sólo adquiría muchos conceptos de números apretando los dedos, sino que también mejoraba enormemente la velocidad de cálculo. Sin embargo, las manos humanas tienen que hacer muchas cosas y no siempre pueden contar. De ahí que guijarros, conchas, palos, nudos, etc. se ha convertido en una herramienta informática para los humanos. Los antiguos chinos descubrieron a través de millones de cálculos que colocar pequeños palos de bambú en varias formas de acuerdo con ciertas reglas puede representar todos los números naturales y aumentar en gran medida la velocidad de cálculo, por lo que inventaron el cálculo. El cálculo es fácil. Se puede utilizar no sólo para suma, resta, multiplicación y división, sino también para operaciones algebraicas como multiplicación y raíces cuadradas. El procedimiento de cálculo es básicamente el mismo que el del ábaco existente. Es una excelente creación del antiguo pueblo chino. También hay deficiencias en los cálculos y la financiación. Necesita cambiar de forma con frecuencia durante el funcionamiento. Cuando se encuentran problemas de cálculo complejos, a menudo es el resultado de un cálculo mental que ha alcanzado un cierto paso, pero el cálculo en la mano todavía se realiza lentamente, lo que da a las personas una sensación de pérdida. Así, alrededor del siglo XV, el ábaco fue sustituido por una herramienta de cálculo más rápida. Entre los diversos ábacos antiguos del mundo, el ábaco chino es el más avanzado. Utiliza palos de bambú conectados en serie para contar cuentas en lugar de cálculos dispersos, y utiliza cuentas rápidas para reemplazar "operaciones" lentas, por lo que es fácil de calcular, portátil, rápido y preciso. ¡Especialmente para las operaciones diarias de suma y resta, usar un ábaco es incluso más rápido que usar una calculadora electrónica! (2) El ábaco mecánico de computadora tiene básicamente las principales características estructurales de las computadoras modernas. Por ejemplo, si marca las cuentas en el ábaco, es decir, ingresa datos en el ábaco, entonces el ábaco desempeña el papel de "memoria" en los cálculos, y la fórmula aritmética mental del ábaco desempeña el papel de "instrucciones de operación"; mientras que el ábaco desempeña el papel de "operador" Función... Por supuesto, las cuentas del ábaco deben ser movidas por manos humanas y la velocidad de cálculo es muy inferior a la de una computadora electrónica, y mucho menos a la del "cálculo automático". Por lo tanto, los humanos siempre han querido inventar una "máquina mágica" y esta carga, naturalmente, recae en los matemáticos. Actualmente, la mayoría de la gente considera que la calculadora de engranajes de Pascal es la primera calculadora. La primera computadora mecánica existente en el mundo fue inventada por varios franceses, Pascal, en 1642. Cuando salió esta máquina que podía realizar operaciones de suma y resta de seis dígitos, causó sensación en toda Europa y atrajo a mucha gente a visitarla. La computadora de Pascal era una pequeña caja de latón con varios engranajes colocados uno al lado del otro. Cada engranaje puede registrar 10 dígitos del 0 al 9. Varios engranajes están dispuestos en fila, lo que equivale a estar en las posiciones de unidades, decenas y centenas. Cuando la marcha baja gira 10 vueltas, la marcha alta gira exactamente 1 círculo, logrando así el transporte automático. En 1694, el matemático alemán Leibniz inventó la primera computadora mecánica del mundo capaz de sumar, restar, multiplicar y dividir subiendo un tramo de escaleras. En la historia de las matemáticas, Leibniz también es famoso por inventar el concepto binario de las computadoras electrónicas modernas. Primero propuso las operaciones binarias de suma, resta, multiplicación y división. En ese momento, Leibniz estaba desarrollando una computadora de multiplicación. Probó repetidamente muchas soluciones, pero no pudo mejorar la velocidad de la máquina. Más tarde, descubrió que para aumentar la velocidad se debía adoptar un método de conteo adecuado para el funcionamiento de la máquina. Sin embargo, pensó mucho durante mucho tiempo y no se le ocurrió una buena idea. Un amigo que era misionero en China le regaló la tabla Atai Tai Chi Bagua. Este diseño antiguo y mágico despertó gran interés en Leibniz y lo inspiró. Descubrió que si los "guiones largos continuos" en la imagen se consideran 1 y los "guiones cortos no consecutivos" se consideran 0, entonces Bagua puede representar 8 números enteros del 0 al 7. Más tarde, investigó más a fondo y finalmente inventó el método de conteo binario. Resulta que en las computadoras electrónicas, diferentes símbolos digitales están representados por diferentes estados estables de los equipos electrónicos. En el sistema binario sólo existen dos números diferentes. Para cada número, la computadora sólo necesita preparar un dispositivo con dos estados estables diferentes. Por ejemplo, los números binarios se pueden representar en las máquinas mediante el "encendido" y el "apagado" de los circuitos eléctricos y el "sí" y el "no" de los impulsos eléctricos.

Si se utilizan otros sistemas de transporte, entonces para cada dígito la computadora debe preparar un dispositivo con más estados estables diferentes. Esto no solo agregará problemas al diseño y fabricación de la computadora, sino que también afectará la precisión de los cálculos y ralentizará el proceso. velocidad de operación. La computadora Leibniz es una caja de 100 cm de largo, 30 cm de ancho y 25 cm de alto, en la que se utiliza una estructura de engranajes de eje trapezoidal en lugar de la estructura de engranajes de Pascal hecha de clavos, de modo que se pueden realizar operaciones de multiplicación y división cambiando el número. de dientes. Los engranajes de eje trapezoidal son los predecesores de los engranajes variables. El invento de Leibniz se ha utilizado durante mucho tiempo en varios ordenadores mecánicos. (3) Computadoras automáticas y electrónicas La primera computadora del mundo capaz de realizar cálculos automáticos fue inventada por el matemático británico Babbage en 1822. Utiliza vapor como energía para realizar operaciones específicas en lugar de humanos. En la primera mitad del siglo XX, con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, se inventaron muchas computadoras electrónicas, que proporcionaron la base material y técnica para el sueño de Babbage. (4) Computadoras electrónicas En 1943, debido a las necesidades urgentes de la Segunda Guerra Mundial, un equipo de investigación científica estadounidense, con un fuerte apoyo del ejército, decidió aplicar tubos de vacío electrónicos a equipos informáticos y desarrollar un nuevo tipo de computadora automática de alta velocidad. computadora. Gracias a la fructífera cooperación y el arduo trabajo de los desarrolladores, el trabajo de desarrollo avanza sin problemas. En menos de dos años se desarrolló con éxito la primera computadora electrónica del mundo, ENIAC. ENIAC es la abreviatura en inglés de "Electronic Numerical Integrator and Computer". Cuesta 480.000 dólares y utiliza 18.000 tubos, 70.000 resistencias, 10.000 condensadores y 1.500 relés. Tiene una superficie de 65.438.070 metros cuadrados y pesa. El 15 de febrero de 1946 se puso oficialmente en funcionamiento la ENIAC. Puede completar 5.000 operaciones de suma en 1 segundo, lo que es más de 1.000 veces más rápido que la computadora electrónica más rápida de ese momento. Desde el verano de 1944, el mundialmente famoso matemático von Neumann participó en el desarrollo de ENIAC y contribuyó a algunas cuestiones clave con su destacada sabiduría. En marzo de 1945, von Neumann redactó un informe de diseño sobre [EDVAC], una computadora electrónica automática con variables discretas. Hizo dos mejoras importantes a ENIAC: primero, se inventó la computadora utilizada. El sistema binario, que simplifica enormemente la estructura y el proceso de operación. de la computadora; una es almacenar el programa y los datos juntos en la computadora, haciendo que todas las operaciones de la computadora sean un proceso verdaderamente automático. En particular, esta última mejora marcó el verdadero comienzo de la era de las computadoras electrónicas. Hasta ahora, casi todos los ordenadores electrónicos han adoptado la idea de diseño de von Neumann. Por eso a Von Neumann se le conoce como el "padre de las computadoras electrónicas". El 15 de febrero de 1946, en la Universidad de Pensilvania, se puso oficialmente en funcionamiento la primera computadora electrónica del mundo, ENIAC. En la gran ceremonia de inauguración, ENIAC demostró sus habilidades únicas: completar 5.000 operaciones de suma en 1 segundo; realizar 500 multiplicaciones en 1 segundo; Era más de 1.000 veces más rápido que los ordenadores electrónicos más rápidos de la época. El público se puso de pie y vitoreó, y la ciencia y la tecnología entraron en un nuevo período de desarrollo histórico. Sin embargo, técnicamente, ENIAC estaba casi obsoleta antes de entrar en funcionamiento. ¡Porque antes de su funcionamiento oficial, un informe de diseño para una nueva computadora electrónica marcó un nuevo hito en la historia del desarrollo informático! El redactor de este informe de diseño fue el matemático húngaro von Neumann, uno de los genios matemáticos del siglo XX. En el verano de 1944, mientras esperaba en una estación de tren, von Neumann conoció al matemático Capitán Gerstein, uno de los líderes del grupo de investigación ENIAC. En ese momento, von Neumann estaba preocupado por una gran cantidad de problemas de cálculo encontrados en los experimentos con bombas atómicas. Por ejemplo, las preguntas sobre el proceso de reacción de fisión nuclear requerían miles de millones de operaciones aritméticas elementales. Cientos de calculadoras trabajaban día y noche para realizar cálculos de escritorio. . Pero todavía no pude completar la tarea a tiempo. Mientras conversaba con el capitán Gerstein, von Neumann escuchó la noticia de que se estaba desarrollando ENIAC e inmediatamente comprendió la trascendental importancia de este trabajo. Pronto se convirtió en miembro habitual del equipo de desarrollo y contribuyó a la resolución de algunos problemas clave. En ese momento, el desarrollo de ENIAC estaba a punto de completarse y von Neumann y la universidad se centraron en discutir las deficiencias de ENIAC.

En marzo de 1945, redactó un informe de diseño para la "Calculadora electrónica automática de variables discretas" e hizo dos mejoras importantes a ENIAC. Una mejora es cambiar 10 a binario, lo que simplifica enormemente la estructura y el proceso de operación de la computadora. Otra mejora es almacenar programas y datos juntos en la computadora, haciendo que todas las operaciones de la computadora electrónica sean un proceso verdaderamente automático. Este informe de diseño es la reforma más importante del pensamiento estructural informático y marca el verdadero comienzo de la era de la informática electrónica. Incluso el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, que siempre se ha especializado en teoría, hizo una excepción y aprobó el desarrollo de von Neumann. Desde entonces, sus nuevas ideas de diseño han quedado profundamente impresas en el diseño básico de las computadoras electrónicas modernas. Los científicos occidentales elogian el trabajo de von Neumann y lo consideran el "padre de las computadoras electrónicas". En 1956, se habían producido miles de grandes computadoras electrónicas en todo el mundo, algunas de las cuales podían realizar operaciones a una velocidad de decenas de miles de veces por segundo. Estas computadoras electrónicas utilizaban tubos de vacío como componentes principales y, por lo tanto, se las llamó computadoras de tubos de vacío. Utilizando esta generación de computadoras electrónicas, la gente lanzó satélites artificiales al cielo. Esta fue la primera generación de computadoras electrónicas. La segunda generación de computadoras electrónicas fueron las computadoras de transistores. En 1956, Bell Labs reemplazó las válvulas de vacío con transistores y construyó el Leprechaun, la primera computadora con transistores totalmente eléctrica del mundo. Reduce en gran medida el tamaño, el peso y el consumo de energía de las computadoras. En la década de 1960, se habían producido en el mundo más de 30.000 computadoras con transistores, con velocidades de funcionamiento que alcanzaban los 3 millones de operaciones por segundo. La computadora electrónica de tercera generación es una computadora de circuito integrado de tamaño pequeño y mediano. En 1962, una empresa estadounidense de Texas cooperó con la Fuerza Aérea de Estados Unidos para crear un prototipo experimental utilizando circuitos integrados como componentes electrónicos básicos de las computadoras. Durante este período, el tamaño y el consumo de energía de la computadora se redujeron aún más, pero la confiabilidad mejoró enormemente y la velocidad de computación alcanzó los 40 millones de operaciones por segundo. La cuarta generación de computadoras electrónicas son computadoras de circuitos integrados a gran escala. Generalmente se cree que esto comenzó en 1970. En la actualidad, la velocidad de computación de las supercomputadoras ha alcanzado cientos de millones de veces por segundo, desempeñando un papel insustituible en la investigación científica y la gestión económica, mientras que las microcomputadoras han reducido considerablemente el tamaño y el costo de las computadoras y han penetrado en la producción industrial y la vida diaria; cada rincón. Hoy en día, sería posible construir una computadora con la misma funcionalidad que ENIAC pero con una millonésima parte del tamaño. El desarrollo de computadoras electrónicas de quinta generación ha estado en marcha durante muchos años y se han logrado algunos avances en cuanto a si se trata de computadoras superconductoras "de ensueño", computadoras ópticas, computadoras biológicas o amplificadores de inteligencia artificial. La velocidad de esta generación de computadoras alcanzará el billón de operaciones por segundo, lo que puede simular en mayor medida la inteligencia humana y superar la inteligencia humana en algunos aspectos.

Materiales de referencia: extraídos de 2.ee.ntu.edu/~b6204033/cs1

上篇: Parámetros del teléfono móvil Honor Wushuang x8 下篇: ¿Es mejor decorar sin piedra para puerta? ¿Cuáles son las dos funciones principales de una piedra para puerta?