¿Qué es una computadora?

1. Desarrollo de las computadoras

Una computadora electrónica es un dispositivo electrónico que puede realizar operaciones aritméticas y lógicas de forma automática y a gran velocidad. Es uno de los mayores inventos y creaciones en el desarrollo de la ciencia y la tecnología en el siglo XX y el logro más brillante de la humanidad en la tercera revolución industrial.

1. El nacimiento de la primera computadora electrónica del mundo

En la lucha con la naturaleza, los seres humanos crearon y desarrollaron gradualmente herramientas informáticas Ya en el año 3000 a.C., los chinos El ábaco y. Se inventó el conteo con astillas de bambú y el ábaco se creó a finales de la dinastía Tang. En la dinastía Song del Sur, había registros de ábacos y canciones en 1274. El ábaco es una herramienta de cálculo con "cálculo" y "depósito". En 1633, Oughtred inventó la regla de cálculo. En 1642, el matemático francés Pascal construyó el primer sumador y restador de engranajes, que fue la primera máquina de cálculo del mundo. En 1671, el matemático alemán Leibniz inventó una máquina de cálculo mecánica que podía realizar cuatro operaciones aritméticas. En 1822, el matemático británico Charles Babbage diseñó el motor diferencial, la primera computadora verdaderamente mecánica del mundo. En 1834, Babbage diseñó la máquina analítica. Este diseño consistía en un "almacén" para almacenar datos, una "fábrica" ​​para operaciones de datos y un "cubo de control" para programar las operaciones de la máquina. Había sentado las bases para el marco estructural básico. De la computadora, por lo tanto, Babbage es conocido como el "Padre de las Computadoras". Durante la Segunda Guerra Mundial, debido a que los problemas balísticos en el desarrollo de nuevas armas implicaban muchos cálculos complejos, existía una necesidad urgente de una máquina que pudiera realizar cálculos automáticos y de alta velocidad. Por lo tanto, con financiación del Departamento del Ejército de EE. UU. un físico que enseña en la Universidad de Pensilvania Bajo el liderazgo de John Mauchly y el ingeniero Presper Eckert, a partir de 1943, después de tres años de arduo trabajo, finalmente desarrollaron con éxito la primera computadora electrónica del mundo en 1946, llamada ENIAC. ENIAC ocupa unos 170 m2 y pesa unas 30 toneladas. Utiliza 17.456 tubos de electrones, 1.500 relés, más de 7.000 resistencias, más de 10.000 condensadores y otros componentes eléctricos. Consume unos 150 kW de energía durante su funcionamiento. Un gigante de este tipo solo puede almacenar 20 números decimales con una longitud de palabra de 10 dígitos y la velocidad de operación es de solo 5000 operaciones de suma por segundo. A pesar de esto, ENIAC creó una nueva era en el desarrollo de la informática humana.

Para superar las deficiencias de ENIAC, la gente nunca ha dejado de explorar y muchos expertos y académicos han publicado artículos de investigación al respecto. El matemático estadounidense von Neumann, que enseña en la Universidad de Princeton, publicó un informe titulado "Un estudio preliminar sobre la estructura lógica de las computadoras electrónicas" y propuso un método de almacenamiento de programas, es decir, configurar una memoria en la computadora y guardar el cálculo simbólico. Durante la ejecución, los contenidos almacenados se extraen y decodifican en secuencia, y luego se realizan cálculos basados ​​en los resultados de la decodificación, logrando así la automatización del trabajo de la computadora. En el proceso de desarrollo de la computadora EDVAC, von Neumann mejoró los componentes de la memoria y cambió la codificación decimal dentro de la computadora a codificación binaria. La idea de "programas almacenados" se estableció como el sistema de diseño de la máquina estructural de Von. A partir de entonces, las computadoras que usaban almacenamiento de programas se denominaron colectivamente computadoras von Neumann.

2. Etapas importantes en el desarrollo de las computadoras

Desde el nacimiento de la primera computadora electrónica hasta la actualidad, ha pasado por un proceso de desarrollo de más de 50 años y se han creado tres Hitos en la historia del desarrollo de la información en la sociedad humana. La nueva era son las tres etapas importantes del desarrollo de la informática.

(1) La etapa inicial del desarrollo de la computadora Esta etapa está marcada aproximadamente por el nacimiento de ENIAC y antes de la popularidad de las computadoras personales. Aunque las computadoras y los periféricos relacionados eran muy caros en ese momento, y sus áreas de aplicación se limitaban básicamente a la informática militar, científica y el procesamiento de datos en grandes empresas industriales, marcó el comienzo de una nueva era en la que los humanos comenzaron a utilizar máquinas para reemplazar algunos de su trabajo mental.

En esta etapa, las computadoras han logrado un rápido desarrollo y se han actualizado muchas veces. La generación de computadoras generalmente se basa en los tipos de componentes lógicos utilizados en los componentes centrales de la computadora.

La primera generación (1946-1956) utilizó tubos de electrones como principales componentes lógicos, con una velocidad de funcionamiento de 5.000 a 40.000 (veces/segundo). Es de gran tamaño, alto consumo de energía, baja velocidad, pequeña capacidad y costoso, y está limitado a aplicaciones informáticas militares y científicas.

La segunda generación (1957-1964) utilizó transistores como principales componentes lógicos y adoptó un programa de monitorización, con velocidades de funcionamiento que oscilaban entre cientos de miles y millones (veces/segundo).

En comparación con la primera generación de computadoras, son pequeñas en tamaño, de bajo costo, rápidas en velocidad, potentes en función y altamente confiables. Sus áreas de aplicación se han expandido al diseño de ingeniería, el procesamiento de datos y la gestión de transacciones.

La tercera generación (1965-1970) utiliza circuitos integrados de mediana y pequeña escala como principales componentes lógicos, con velocidades de funcionamiento que oscilan entre un millón y varios millones (veces/segundo). Esta generación de computadoras está marcada por el lanzamiento de la computadora IBM 360 por parte de IBM en abril de 1964, que tiene las características de generalización, serialización y estandarización.

La cuarta generación (1971-principios de los 80) utiliza circuitos integrados grandes y de muy gran escala como componentes lógicos principales, con velocidades de funcionamiento que van desde millones hasta cientos de millones (veces/segundo). Como memoria principal se utiliza una memoria semiconductora más integrada y se desarrollan tecnologías de procesamiento paralelo, sistemas distribuidos y redes informáticas. En términos de software, se han desarrollado sistemas operativos distribuidos, sistemas de bases de datos, lenguajes de alto nivel y estandarización de la ingeniería de software, y la industria del software se ha formado gradualmente.

(2) El desarrollo de las microcomputadoras debería haber ocurrido a mediados de la década de 1970, cuando las computadoras se usaban ampliamente. En 1975, la compañía estadounidense MITS utilizó el procesador Intel 8080 para desarrollar la microcomputadora Altair 8800, que era altamente. elogiado por los entusiastas de la electrónica. Promovió el desarrollo de software y hardware para computadoras personales. En 1976, la American Apple Company lanzó la computadora personal Apple y logró un gran desarrollo. En 1980, IBM ingresó al campo de las computadoras personales para competir con Apple en el mercado, hizo público el marco estructural de las computadoras PC y cooperó con Microsoft de Bill Gates para lanzar el sistema operativo PC-DOS, lo que hizo que muchas de ellas fueran baratas y rentables. Computadoras compatibles La máquina sale. Las microcomputadoras utilizan DOS como sistema operativo y sus bajos precios las hacen populares y ampliamente utilizadas. A partir de entonces, las computadoras ya no fueron propiedad de unos pocos profesionales ni utilizadas por ellas, y el desarrollo de las computadoras entró en una nueva era de popularización, sentando las bases para el desarrollo de la cultura informática.

(3) Etapa de la cultura informática La etapa de la cultura informática no aparece hasta que las computadoras se popularizan y aplican hasta cierto punto. Las funciones del hardware de las computadoras mejoran constantemente y los precios se abaratan; la compresión de la información y la digitalización total han generado tecnologías multimedia ricas y coloridas basadas en tecnología multimedia, sistemas de mapas electrónicos y satélites realizados con tecnología 3S (GIS, GPS, RS); Los sistemas de teledetección, posicionamiento, seguimiento y monitoreo han mejorado la capacidad de los seres humanos para comprender el mundo y han beneficiado a la humanidad. La omnipresente Internet ha acercado a países de todo el mundo, y la educación a distancia, los sistemas de diagnóstico de telemedicina, las bibliotecas digitales y las bibliotecas digitales de las que dependen; en la tecnología de redes informáticas ya están llegando comunidades inteligentes; la tecnología de acceso inalámbrico (tecnología Bluetooth, WAP) permite el acceso móvil a Internet y las redes de área local inalámbricas (WLAN) se han desarrollado a partir de las primeras tarjetas fotoeléctricas, tarjetas de códigos de barras y tarjetas magnéticas; a las tarjetas IC y las tarjetas de radiofrecuencia actuales aportan comodidad a las personas. Todo esto ha ampliado continuamente el espacio de aplicaciones de las computadoras. Las computadoras se han convertido en una máquina de información personal que cambia la vida de las personas. Cuando la aplicación de las computadoras cubra todos los aspectos de la vida social de las personas, inevitablemente conducirá a cambios importantes en la forma de pensar, el comportamiento y los estilos de vida de las personas. Este tipo de cambio cultural se produce por el uso generalizado de computadoras con funciones parciales. Se formó el cerebro humano. A principios de la década de 1990, el nacimiento de las computadoras multimedia y la "autopista de la información" de Internet marcaron una nueva etapa en el desarrollo de las computadoras, marcando el comienzo de una nueva era de maximizar el intercambio de recursos.

3. Panorama del desarrollo de las computadoras en mi país

El nacimiento de la Nueva China ha abierto un amplio camino de desarrollo para el desarrollo de la ciencia y la tecnología en nuestro país y también para el desarrollo de la tecnología informática.

En 1952, se estableció el primer grupo de investigación informática de tres personas de China en la Universidad de Tsinghua, encabezado por el profesor Min Dake del Departamento de Ingeniería Eléctrica. En 1954, el grupo se amplió, ajustó y se fusionó con el Departamento. de Física El Instituto de Física Moderna de la Academia de Ciencias de China, dirigido por Jia Qian Sanqiang, inició la investigación informática en nuestro país. En 1956, cuando el país formuló el plan a largo plazo de 12 años para ciencia y tecnología, la tecnología informática fue catalogada como la primera de las cuatro tecnologías principales, y se estableció un grupo de trabajo sobre tecnología informática para iniciar investigaciones y desarrollo sustanciales. En 1958, mi país desarrolló con éxito la primera computadora de tubo de electrones (Máquina 103); en 1959, desarrolló con éxito una computadora electrónica de uso general a gran escala (Máquina 104) capaz de realizar 10.000 operaciones por segundo, llenando así el vacío en el campo. de la tecnología informática en nuestro país.

El profesor Hua Luogeng es el fundador de la tecnología informática de mi país y uno de los principales fundadores de la primera computadora electrónica de mi país. En 1960, se desarrolló y puso en funcionamiento con éxito la primera computadora electrónica de propósito general de diseño propio de mi país (Machine 107). En 1964, mi país comenzó a lanzar la segunda generación de computadoras a transistores, como la máquina "108", la máquina "109", etc. En 1971, China desarrolló con éxito la computadora de circuito integrado de tercera generación "máquina 150" y, en 1973, se formó la serie de máquinas domésticas DJS-100. De 1974 a 1982 se logró el salto de las computadoras con circuitos integrados de pequeña escala a las computadoras con circuitos integrados de gran escala. En 1983, mi país desarrolló con éxito la computadora vectorial a gran escala 757, que podía realizar 10 millones de operaciones vectoriales por segundo.

La supercomputadora es un símbolo del nivel científico y tecnológico de un país. Desde principios de los años 80, nuestro país ha comenzado a desarrollar supercomputadoras. En 1983 nació la computadora electrónica gigante "Galaxy" con 100 millones de operaciones vectoriales, en 1992 se puso en funcionamiento la máquina "Galaxy" II de mil millones y en 1996 se puso en funcionamiento la máquina "Galaxy" III; 10 mil millones de veces por segundo. En 1995, se desarrolló con éxito Dawn 1000 y en 1998 nació "Shuguang" 2000-I. Su velocidad informática máxima alcanzó los 20 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo, rompiendo el bloqueo y el monopolio extranjeros en la tecnología de máquinas paralelas a gran escala; En 1999, salió "Shuguang" "2000II, con una velocidad informática máxima de 111,7 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo y una memoria de hasta 50 GB, convirtiéndose en un logro importante del programa nacional 863. En 1999, se desarrolló con éxito la computadora paralela "Shenwei", con una velocidad informática máxima de hasta 384 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo. El exitoso desarrollo de las computadoras "Galaxy", "Shuguang" y "Shenwei" marca que mi país se ha convertido en uno de los pocos países del mundo con la capacidad de desarrollar de forma independiente computadoras de alto rendimiento.

Las microcomputadoras son un símbolo del nivel de popularización y aplicación de la ciencia y la tecnología en un país. Desde la década de 1990, mi país también ha logrado un rápido desarrollo en microcomputadoras. El 13 de octubre de 2001, nació el primer chip de CPU de uso general de mi país, "Loongson", lo que convirtió a mi país en uno de los pocos países capaces de investigar y fabricar chips de computadora.

En el campo de las aplicaciones informáticas, nuestro país también ha logrado logros brillantes. La tecnología de fotocomposición láser del profesor Wang Xuan de la Universidad de Pekín ha creado una nueva era en la edición y la impresión. Esta invención ha obtenido una patente europea y ocho patentes chinas. Wang Xuan dirigió a su equipo para lanzar los sistemas de publicación electrónica "Huaguang" y "Fangzheng", que son líderes en el país y en el extranjero, y lograron importantes beneficios económicos y sociales. La industria gráfica de mi país se despidió de la historia del "plomo y el fuego". y entró en la era de la "electricidad y la luz", Wang Xuan también es conocido como el "padre de la fotocomposición láser". Una variedad de métodos de entrada de caracteres chinos mediante el teclado, así como la entrada de escaneo de caracteres chinos, la entrada de escritura a mano y el software de entrada de reconocimiento de voz permiten que los caracteres chinos se introduzcan fácilmente en la computadora. El desarrollo de muchos programas multimedia nacionales ha promovido la popularización y aplicación de las computadoras; la construcción de la "autopista de la información" nacional ha logrado avances sobresalientes, los proyectos "dorados", como los proyectos "tres de oro", incluyen la finalización de la Red Nacional de Información Pública (Jinqiao), el Sistema de Información Interempresarial de Comercio Exterior (Jinguan ), y la moneda electrónica en la industria financiera (Golden Card), que ha acelerado el proceso de informatización social. Según el anuncio del CNNIC del 23 de julio de 2002, el número de ciudadanos chinos que utilizan Internet durante al menos una hora por semana en promedio ha superado los 45,8 millones, ocupando el tercer lugar en el mundo.

4. La tendencia de desarrollo de las computadoras

Las computadoras han realizado la transformación de "computación digital" a "procesamiento de información". En la actualidad, la tendencia de desarrollo de las computadoras electrónicas se puede resumir en cuatro aspectos: "gigante", "micro", "red" e "inteligente". Aunque todavía no podemos presentar un calendario muy preciso para el desarrollo de las computadoras del futuro, la tendencia de desarrollo ya es clara: el desarrollo de la informática de alto rendimiento y la mejora del rendimiento informático.

Hay dos formas de desarrollar la informática de alto rendimiento. Una se basa en la tecnología de circuitos integrados de semiconductores y la tecnología de microprocesadores existentes y se logra mejorando las capacidades de procesamiento paralelo; la otra es superar las limitaciones físicas de los semiconductores de silicio; dispositivos, desarrollando nuevas tecnologías no tradicionales, incluida la computación superconductora, la computación cuántica, la computación biológica y la computación óptica.

Hay dos formas de mejorar el rendimiento informático. Una es el aspecto del hardware, es decir, el desarrollo de dispositivos o componentes de rendimiento ultraalto, como dispositivos cuánticos, chips superconductores, interconexiones ópticas y almacenamiento óptico. componentes, componentes de biomoléculas, etc. En segundo lugar, en términos de modelos informáticos y diseño de algoritmos, avances fundamentales en las limitaciones de las computadoras y tecnologías electrónicas de von Neumann, como la computación cuántica y los modelos de computación de ADN, han abierto nuevas ideas para resolver problemas complejos.

5. Campos de investigación de la informática

La informática se centra en la teoría y la abstracción, mientras que la ingeniería informática se centra en la abstracción y el diseño. De hecho, esencialmente no hay diferencia entre ambas. Desde el ámbito de la investigación, se denomina colectivamente informática. En la actualidad, la investigación cubre una amplia gama de campos, que incluyen: estructura de sistemas informáticos, ciencia y metodología de la programación, teoría de la ingeniería de software, inteligencia artificial y procesamiento de conocimientos, redes y bases de datos, tecnología asistida por computadora, informática teórica e investigación en historia de la informática. , etc. . El impacto de la informática y la tecnología en la sociedad humana supera el impacto de las matemáticas como fundamento cultural básico de la cultura humana y el impacto de la física en la civilización humana que surgió de la revolución industrial moderna. Es previsible que el desarrollo de las computadoras traerá inevitablemente un futuro mejor para la sociedad humana.

2. Clasificación de los ordenadores

Existen muchos tipos de ordenadores, que se pueden clasificar desde diferentes perspectivas como la forma de los datos procesados, el ámbito de uso, la escala y la función.

1. Clasificación según la forma de los datos procesados

(1) Computadora digital La computadora digital utiliza datos binarios 0 y 1 como objetos de procesamiento, que son cantidades digitales discontinuas, y el procesamiento. Los resultados también se basan en la producción en formato digital. Las ventajas son alta precisión, gran capacidad de almacenamiento y gran versatilidad. La mayoría de los ordenadores que utilizamos habitualmente son ordenadores digitales.

(2) Computadora analógica La computadora analógica utiliza datos continuos como objeto de procesamiento. Utiliza la amplitud de señales eléctricas para simular la magnitud de cantidades numéricas o físicas, como voltaje, corriente, temperatura, etc. y los resultados del procesamiento también se basan en la salida de datos continua. Las computadoras analógicas pueden resolver problemas rápidamente, pero no son tan precisas como las digitales y tienen poca versatilidad. Las computadoras analógicas generalmente generan resultados en forma de gráficos o escalas.

(3) Computadora híbrida Una computadora híbrida es una computadora que combina las ventajas funcionales de una computadora digital y una computadora analógica.

2. Clasificación por ámbito de uso

(1) Ordenadores de uso general

(2) Ordenadores de uso especial

3 Por escala y función Clasificación

(1) Supercomputadora (Supercomputadora)

(2) Mainframe (Mainframe)

(3) Minicomputadora (Minicomputadora)

(4) Microcomputadora

3. Características de las computadoras

(1) Velocidad de cálculo rápida

(2) Alta precisión de cálculo

(3) Gran capacidad de almacenamiento

(4) Alto grado de automatización

(5) Fuerte capacidad de juicio lógico

(6) Tener amplia versatilidad

4. Los principales usos de las computadoras

Los usos de las computadoras se pueden resumir en los siguientes aspectos:

(1) Computación numérica en la ciencia Cálculos científicos para investigación, desarrollo tecnológico, diseño de ingeniería, etc.

(2) El procesamiento de datos realiza el registro, clasificación, recuperación, clasificación, estadística, síntesis y transmisión oportuna de datos numéricos, textuales, gráficos y otros datos de información. Adecuado para el procesamiento de datos en el procesamiento de transacciones, automatización de oficinas, intercambio electrónico de datos, gestión de información y soporte de decisiones.

(3) El control de procesos incluye control en tiempo real, como monitoreo automático industrial, control automático y control inteligente.

(4) El diseño asistido por computadora (CAD-Computer Aided Design) incluye la fabricación asistida por computadora (CAM), las pruebas asistidas por computadora (CAT), la instrucción asistida por computadora (CAI), etc., que Puede mejorar la calidad del diseño y la automatización, acortar el ciclo de diseño y reducir los costos de producción.

(5) La inteligencia artificial (IA-Inteligencia Artificial) se utiliza para la simulación de sistemas complejos para lograr la comprensión y generación del lenguaje natural, prueba automática de teoremas, programación automática, traducción automática, reconocimiento de imágenes, reconocimiento de voz, enfermedades. diagnóstico, así como diversos sistemas expertos y construcción de robots, etc. En los últimos años, la investigación sobre inteligencia artificial ha comenzado a volverse práctica y se ha convertido en un tema de vanguardia en la investigación de aplicaciones informáticas.

(6) Las redes informáticas y las comunicaciones en red proporcionan comunicación interregional e internacional y la transmisión y procesamiento de diversos datos, y permiten compartir recursos de información de software y hardware.

(7) La tecnología multimedia realiza la integración de sonido, texto, imágenes e imágenes, lo que se acerca más al método de intercambio de información utilizado por los humanos y se utiliza ampliamente en campos como la cultura, la educación, el entretenimiento, y aplicaciones domésticas.