En las microcomputadoras, los componentes que pueden implementar operaciones aritméticas, operaciones lógicas y control general de la máquina incluyen
En 1957, el científico estadounidense Dahmer propuso la audaz idea técnica de "fabricar dispositivos electrónicos sin cables en placas semiconductoras sólidas". Este fue el prototipo del circuito integrado semiconductor.
En 1958, Kilby, un ingeniero de Texas Instruments en Estados Unidos, colocó componentes discretos como resistencias y condensadores en una oblea de silicio semiconductor para crear el primer circuito integrado.
En 1959, la empresa estadounidense Fairchild-Noyce utilizó la tecnología plana para crear el "concepto" de circuitos integrados semiconductores. Los circuitos integrados pronto se convirtieron en un producto más atractivo que el oro.
En noviembre de 1971, Hough de Intel mejoró la línea de producción de ordenadores e integró todas las funciones del procesador central en un chip, además de la memoria, creando el primer microprocesador A del mundo.
Con el aumento de la integración de componentes en chips de silicio, el desarrollo de los circuitos integrados ha pasado por etapas como circuitos integrados de pequeña escala, circuitos integrados de mediana escala, circuitos integrados de gran escala y circuitos integrados de muy gran escala. Circuitos integrados a escala (VLSI).
En 1978 se desarrollaron con éxito circuitos integrados a muy gran escala, con un nivel de integración superior a los 100.000 niveles, y la tecnología electrónica entró en la era de la microelectrónica. A finales de los años 80, el número de componentes integrados en un chip superó los 10 millones.
La historia del desarrollo de las computadoras
El nacimiento y desarrollo de las computadoras modernas Antes de la llegada de las computadoras modernas, el desarrollo de las computadoras pasó por tres etapas: las computadoras mecánicas, las computadoras electromecánicas y la. aparición de las computadoras electrónicas.
Ya en el siglo XVII, un grupo de matemáticos europeos comenzó a diseñar y fabricar ordenadores digitales que realizaban operaciones básicas en forma de números. En 1642, el matemático francés Pascal utilizó una transmisión de engranajes similar a la de un reloj para crear el primer sumador decimal. En 1678, el matemático alemán Leibniz construyó una computadora y resolvió las operaciones de multiplicación y división de números decimales.
En 1822, el matemático británico Babbage produjo un modelo de motor diferencial. Su idea era que completar una operación aritmética a la vez se convertiría en la finalización automática de un proceso aritmético completo específico. En 1884, Babbage diseñó un motor analítico universal controlado por programa. Aunque este motor analítico describía el prototipo de una computadora basada en métodos de control de programas, no se realizó debido a las condiciones técnicas de la época.
Más de cien años después de que se propusiera la idea de Babbage, se han logrado importantes avances en el electromagnetismo, la electromecánica y la electrónica. En términos de componentes, se han inventado diodos de vacío y transistores de vacío uno tras otro; de la tecnología de sistemas, inventó sucesivamente la telegrafía inalámbrica, la televisión y el radar... Todos estos logros han preparado las condiciones técnicas y materiales para el desarrollo de las computadoras modernas.
Al mismo tiempo, las matemáticas y la física también se han desarrollado en consecuencia. En la década de 1930, todas las áreas de la física habían pasado por una fase de cuantificación, en la que las ecuaciones matemáticas describían diversos procesos físicos, algunos de los cuales se habían vuelto fundamentalmente difíciles de resolver utilizando métodos analíticos clásicos. Por lo tanto, el análisis numérico ha recibido atención y han surgido varios métodos como la integración numérica, la diferenciación numérica y las soluciones numéricas a ecuaciones diferenciales, simplificando el proceso de cálculo en una gran cantidad de operaciones básicas, sentando así las bases para los algoritmos numéricos informáticos modernos.
La urgente necesidad de la sociedad de herramientas informáticas avanzadas es la fuerza impulsora fundamental para el nacimiento de las computadoras modernas. Después del siglo XX, los problemas informáticos en diversos campos científicos y tecnológicos se han acumulado, obstaculizando el desarrollo continuo de la disciplina. . Especialmente antes y después del estallido de la Segunda Guerra Mundial, la tecnología militar tenía una necesidad particularmente urgente de herramientas informáticas de alta velocidad.
Durante este período, los departamentos de informática de Alemania, Estados Unidos y el Reino Unido tomaron la iniciativa en la realización de trabajos y comenzaron a investigar sobre computadoras electromecánicas y computadoras electrónicas casi al mismo tiempo.
Giuseppe de Alemania fue la primera persona en utilizar componentes electrónicos para fabricar computadoras. La computadora de relé totalmente automática Z-3 que fabricó en 1941 tenía las características de las computadoras modernas, como notación de punto flotante, aritmética binaria y almacenamiento digital de direcciones en forma de instrucciones. En Estados Unidos también se fabricaron entre 1940 y 1947 las computadoras de retransmisión MARK-1, MARK-2, Model-1, Model-5, etc. Sin embargo, los relés conmutan a una velocidad de aproximadamente una centésima de segundo, por lo que la velocidad de cálculo de la computadora es muy limitada.
El proceso de creación de ordenadores electrónicos ha pasado por la evolución desde componentes de producción hasta máquinas completas, desde máquinas de uso especial a máquinas de uso general, y de "programas añadidos" a "programas almacenados". En 1938, el científico búlgaro-estadounidense Atanasov fabricó el primer componente informático de una computadora electrónica. En 1943, el Servicio de Comunicaciones del Ministerio de Asuntos Exteriores británico construyó la computadora electrónica "gigante". Este era un criptoanalizador especial que se utilizó en la Segunda Guerra Mundial.
En febrero de 1946, la Escuela Moore de la Universidad de Pensilvania construyó una computadora integradora numérica electrónica (ENIAC) a gran escala. Inicialmente se utilizó específicamente para cálculos de trayectoria de artillería. Después de muchas mejoras, llegó a ser capaz de realizar cálculos. realizar diversos cálculos científicos. Esta computadora, que consta íntegramente de circuitos electrónicos para realizar operaciones aritméticas, operaciones lógicas y almacenamiento de información, puede funcionar hasta 1.000 veces más rápido que una computadora de retransmisión. A menudo se dice que se trata de la primera computadora electrónica del mundo. Sin embargo, el programa de esta computadora aún es una operación adicional, la capacidad de almacenamiento es demasiado pequeña y no tiene las funciones principales de las computadoras modernas.
En marzo de 1945, el equipo de diseño dirigido por el matemático von Neumann publicó un nuevo programa informático electrónico de propósito general con programa almacenado: el ordenador automático variable discreto electrónico (EDVAC), que logró un nuevo avance importante. Posteriormente, von Neumann y otros presentaron un informe de diseño más completo "Exploración preliminar de la estructura lógica de equipos informáticos electrónicos" en junio de 1946. De julio a agosto del mismo año, impartieron un curso especial: "Teoría y tecnología del diseño de computadoras electrónicas" en Moore College a expertos de más de 20 instituciones en los Estados Unidos y Gran Bretaña, promoviendo el diseño y la fabricación de computadoras con programas almacenados. .
En 1949, el Laboratorio de Matemáticas de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido tomó la iniciativa en el desarrollo de la Computadora Automática Secuencial Discreta Electrónica (EDSAC); en 1950, Estados Unidos desarrolló la Computadora Automática Estándar Oriental (SFAC). En este punto terminó el período embrionario del desarrollo de las computadoras electrónicas y comenzó el proceso de desarrollo de las computadoras modernas.
Paralelamente al nacimiento de los ordenadores digitales, también se desarrolló otra importante herramienta informática, los ordenadores analógicos. Cuando los físicos resumen las leyes de la naturaleza, a menudo usan ecuaciones matemáticas para describir un determinado proceso; por el contrario, en el proceso de resolución de ecuaciones matemáticas, también pueden usar el método de simulación de procesos físicos. Hecho en 1620 Reglas, la multiplicación y la división se convierten en sumas y restas para el cálculo. Maxwell transformó hábilmente el cálculo de la integral (área) en la medida de longitud y construyó un integrador en 1855.
El análisis de Fourier, otro gran logro de la física matemática del siglo XIX, impulsó directamente el desarrollo de los simuladores. A finales del siglo XIX y principios del XX surgieron diversos métodos para calcular los coeficientes de Fourier. desarrollado Motor Analítico El Motor Diferencial Analítico que resuelve ecuaciones diferenciales, etc. Sin embargo, cuando la gente intentó popularizar el uso de motores de análisis diferencial para resolver ecuaciones diferenciales parciales y usar simuladores para resolver problemas de cálculo científico general, gradualmente se dieron cuenta de las limitaciones de los simuladores en términos de versatilidad y precisión, y dirigieron sus principales esfuerzos a las computadoras digitales. .
Después de la llegada de las computadoras digitales electrónicas, las computadoras analógicas continuaron desarrollándose y se combinaron con las computadoras digitales para crear computadoras híbridas. Las computadoras analógicas y las híbridas se han convertido en variedades especiales de computadoras modernas, es decir, herramientas eficientes de procesamiento de información o herramientas de simulación utilizadas en campos específicos.
Desde mediados del siglo XX, las computadoras han atravesado un período de rápido desarrollo. Las computadoras también han evolucionado desde solo hardware hasta sistemas informáticos que contienen tres subsistemas: hardware, software y firmware. La relación rendimiento-precio de los sistemas informáticos mejora en un promedio de dos órdenes de magnitud cada 10 años. Los tipos de computadoras también se han diferenciado una y otra vez, desarrollándose en microcomputadoras, minicomputadoras, computadoras de uso general (incluidas computadoras gigantes, de gran escala y de tamaño mediano) y varias computadoras de propósito especial (como varias computadoras de control, analógicas -ordenadores híbridos digitales), etc.
Los dispositivos informáticos han evolucionado desde tubos de electrones hasta transistores, y luego desde componentes discretos hasta circuitos integrados y luego hasta microprocesadores, lo que provocó tres saltos en el desarrollo de las computadoras.
Durante la era de las computadoras de tubo (1946 ~ 1959), las computadoras se usaban principalmente para cálculos científicos. La memoria principal es el principal factor que determina la cara tecnológica de las computadoras. En ese momento, había varios tipos de memoria principal, incluida la memoria de línea de retardo de mercurio, la memoria electrostática de osciloscopio de rayos catódicos, la memoria de tambor magnético y de núcleo magnético, y las computadoras generalmente se clasificaban como tales.
En la era de las computadoras de transistores (1959-1964), la memoria de núcleo magnético se usaba como memoria primaria y los tambores y discos magnéticos comenzaron a usarse como almacenamiento secundario primario. No sólo continuaron desarrollándose las computadoras científicas, sino que también comenzaron a producirse en masa computadoras pequeñas y medianas, especialmente computadoras pequeñas y baratas de procesamiento de datos.
En 1964, con el desarrollo de las computadoras con circuitos integrados, las computadoras también entraron en un período de desarrollo de series de productos. La memoria semiconductora reemplazó gradualmente el estado de la memoria principal de la memoria de núcleo magnético, el disco se convirtió en una memoria auxiliar indispensable y la tecnología de memoria virtual comenzó a usarse ampliamente. Con el rápido desarrollo de varias memorias semiconductoras de solo lectura y memorias regrabables de solo lectura, así como el desarrollo y aplicación de la tecnología de microprogramación, los subsistemas de firmware comenzaron a aparecer en los sistemas informáticos.
Después de la década de 1970, el nivel de integración de los circuitos integrados de computadora se desarrolló rápidamente desde niveles pequeños y medianos hasta niveles grandes y supergrandes. Los microprocesadores y microcomputadoras surgieron según lo exigían los tiempos, y el rendimiento de varios tipos de. Las computadoras mejoraron rápidamente. Con la llegada y el uso generalizado de microcomputadoras con tamaños de palabras de 4, 8, 16, 32 y 64 bits, la demanda de minicomputadoras, computadoras de uso general y computadoras de propósito especial ha crecido en consecuencia.
Después de que las microcomputadoras se utilizan ampliamente en la sociedad, a menudo hay entre docenas y cientos de computadoras en un edificio de oficinas, una escuela y un almacén. El posterior aumento de las redes de área local para realizar su interconexión promovió aún más el desarrollo de sistemas de aplicaciones informáticas desde sistemas centralizados hasta sistemas distribuidos.
En la era de las computadoras de tubo, algunas computadoras estaban equipadas con lenguaje ensamblador y bibliotecas de subrutinas, y apareció por primera vez el lenguaje de alto nivel FORTRAN para computación científica. Durante la etapa de computadora con transistores, comenzaron a entrar en la etapa práctica lenguajes de alto nivel como COBOL para procesamiento de transacciones, ALGOL para computadoras científicas y LISP para procesamiento simbólico. El sistema operativo empezó a tomar forma, cambiando la forma de utilizar los ordenadores, pasando del funcionamiento manual a la gestión automática de trabajos.
Después de entrar en el período de desarrollo de las computadoras con circuitos integrados, se ha formado una escala considerable de subsistemas de software en las computadoras, los tipos de lenguajes de alto nivel han aumentado aún más y los sistemas operativos se han vuelto cada vez más perfectos. con función de procesamiento por lotes, procesamiento de tiempo compartido, procesamiento en tiempo real, etc. También se han agregado al subsistema de software sistemas de gestión de bases de datos, programas de procesamiento de comunicaciones, software de red y otros subsistemas de software. La mejora continua de las funciones del subsistema de software ha cambiado significativamente los atributos de uso de las computadoras y la eficiencia de uso ha mejorado significativamente.
En las computadoras modernas, el valor de los dispositivos periféricos generalmente excede más de la mitad del subsistema de hardware de la computadora, y su nivel técnico determina en gran medida la apariencia técnica de la computadora. La tecnología de los equipos periféricos es muy completa y se basa no sólo en la síntesis de conocimientos en electrónica, mecánica, óptica, magnetismo y otras disciplinas, sino también en el nivel tecnológico de la tecnología de maquinaria de precisión, la tecnología de procesamiento electrónico y eléctrico y la tecnología de medición.
Los dispositivos periféricos incluyen dos categorías: memoria auxiliar y dispositivos de entrada/salida. La memoria auxiliar incluye discos, tambores, cintas, memorias láser, memorias de gran capacidad y micromemorias y dispositivos de entrada y salida que se dividen a su vez en equipos de entrada, salida, conversión, procesamiento de información de patrones y equipos terminales.
Entre este tipo de equipos, los que tienen mayor impacto en la tecnología informática son los discos, los equipos terminales, los equipos de procesamiento de información modo y los equipos de conversión.
La nueva generación de ordenadores es un sistema informático inteligente que integra la adquisición, el almacenamiento y el procesamiento de información, la comunicación y la inteligencia artificial. No solo puede realizar procesamiento de información general, sino también procesamiento orientado al conocimiento. Tiene capacidades de razonamiento formal, asociación, aprendizaje y explicación, y ayudará a los humanos a desarrollar campos desconocidos y adquirir nuevos conocimientos.
El desarrollo de la tecnología informática de China En la historia del desarrollo de la civilización humana, China ha escrito una página gloriosa en la invención y creación de las primeras herramientas informáticas. Ya en la dinastía Shang, China creó el sistema de notación decimal, que estaba más de mil años por delante del mundo. En la dinastía Zhou, se inventó la herramienta de cálculo más avanzada de la época: el suanchi. Se trata de pequeños palitos de diferentes colores elaborados a partir de bambú, madera o hueso. Al calcular cada problema matemático, generalmente se compila un conjunto de algoritmos en forma de canción. Durante el proceso de cálculo, el pequeño palo de madera se renueva constantemente. El antiguo matemático chino Zu Chongzhi utilizó una varilla aritmética para calcular que pi estaba entre 3,1415926 y 3,1415927. Este resultado precedió a Occidente por mil años.
El ábaco es otra creación original de los chinos y el primer gran invento en la historia del desarrollo de herramientas informáticas. Este tipo de ábaco, que es ligero, flexible, fácil de transportar y está estrechamente relacionado con la vida de las personas, apareció por primera vez alrededor de la dinastía Han y maduró gradualmente en la dinastía Yuan. El ábaco no sólo jugó un papel beneficioso en el desarrollo de la economía de China, sino que también se extendió a Japón, Corea del Norte, el sudeste asiático y otras regiones. Ha resistido la prueba de la historia y todavía se utiliza en la actualidad.
Los inventos de China, como el carro de la brújula, la esfera armilar impulsada por el agua, el carro de tambor y la máquina jacquard, no sólo hicieron contribuciones destacadas al desarrollo de la maquinaria de control automático, sino que también tuvieron un impacto directo o indirecto en la evolución de las herramientas informáticas. Por ejemplo, el instrumento acuático de Zhang Heng puede sincronizarse automáticamente con la órbita de la Tierra. Posteriormente fue mejorado por las dinastías Tang y Song y se convirtió en el reloj astronómico más antiguo del mundo.
El carro de tambor Geely es el dispositivo de conteo automático más antiguo del mundo. El principio de la máquina jacquard tuvo un impacto indirecto en el desarrollo del control del programa informático de Liu. En la antigua China, las líneas Yang y Yin se utilizaban para formar el Bagua, lo que también tuvo un impacto directo en el desarrollo de la tecnología informática. Leibniz escribió un artículo sobre chismes y propuso sistemáticamente el algoritmo aritmético binario. Él cree que la representación binaria más antigua del mundo es el Bagua chino.
Después de un largo período de silencio, después de la fundación de la República Popular China, la tecnología informática de China entró en un nuevo período de desarrollo y se establecieron sucesivamente instituciones de investigación científica para especializarse en la investigación de tecnología y dispositivos informáticos. y matemáticas computacionales en colegios y universidades, y se propuso crear la industria de fabricación de computadoras en China.
En 1958 y 1959, China fabricó sucesivamente los primeros ordenadores de tubo pequeños y grandes.
A mediados de la década de 1960, China desarrolló con éxito un lote de computadoras con transistores y compiló compiladores y otro software de sistemas en lenguajes como ALGOL.
A finales de la década de 1960, China comenzó a estudiar las computadoras con circuitos integrados. Después de la década de 1980, mi país comenzó a centrarse en el desarrollo y promoción de sistemas de microcomputadoras; también se lograron avances importantes en las computadoras a gran escala, especialmente la creación de la industria de servicios informáticos que mejoró gradualmente la estructura de la industria informática.
En términos de investigación en informática y tecnología, nuestro país ha logrado logros en métodos de cálculo de elementos finitos, pruebas mecánicas de teoremas matemáticos, procesamiento de información de caracteres chinos, estructura y software de sistemas informáticos, etc. En términos de aplicaciones informáticas, China ha logrado logros notables en los campos de la informática científica y el diseño de ingeniería. En campos relacionados, como la gestión empresarial y el control de procesos, la investigación y la práctica de aplicaciones informáticas también se están volviendo cada vez más activas.