我了解的计算机

深山来客

　　神奇的“日”字。

你知道吗？取舍汉字“日”字的笔画可以组成0～9十个数字。例如图二中设编号为1～7为7棵灯管，如果3与6亮其他不亮那就是数字“1”，4不亮其余全亮那就是数字“0”，1，2，3，4，6，7亮5不亮就是数字“9”。由于电子元件电子管和电容器的诞生而衍生出智能电路，电子计算机应运而生了。

　　世界上第一台电子计算机于1946年2月14日诞生于美国宾夕法尼亚州，它的名字叫埃尼阿克，它由18000多个电子管组成，体重达30多吨，占地有一个篮球场大。虽然它体积大、功耗高、可靠性差、计算速度慢、价格昂贵，但其诞生具有划时代的意义，对人类历史的发展产生了极其深远的影响。

这台计算机属于电子管计算机，其计算能力每秒只有约5000次加法结点运算。

　　电子计算机到现在为止大致分为四代：

第一代计算机：电子管数字计算机，时间为1946—1958年。元件以电子管为主，计算能力一般为每秒数千次至数万次。

第二代计算机：晶体管数字计算机，时间为1958—1964年。由于晶体管的诞生，电子元件的体积大大缩小，性能也更加稳定，又加上存储器采用磁芯存储器，技术上还可使用磁盘作外存储器，使计算机计算性能得以几何级数爬升，体积小性能稳定能耗降低价格以随之降低，为计算机的推广提供了条件，可以从原来的军事领域进入工业控制领域。

计算器离不开软件，就是对计算机进行编程。晶体管计算机在软件方面出现了以批处理为主的操作系统、高级语言及其编译程序。应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高，一般为每秒数10万次，最高达300万次、性能比第一代计算机有很大的提高。

　　计算机的计算能力越强，使用的电子元件就越多。而集成电路又是把大量的晶体管压缩，在指甲壳大小的面积上可以容纳成千上万甚至上亿个晶体管。集成电路的发明使计算机很快发展为第三代计算机——集成电路数字计算机，为计算机进入寻常百姓家奠定了良好的基础。

　　集成技术也快速得到发展，原来的集成块已经变为大小不一，功能各异的芯片。又随着军事领域的需求越来越大，社会生活的智能化要求越来越高，大型计算机也就逐渐产生了。这就是现目前普通使用的第四代计算机——大规模集成电路计算机，时间结点是从1970年开始。

科普知识

①计算机和计算器是有本质区别的。计算机可以进行编程，也就是可以通过人工编写程序使计算机完成我们所要求的任务。而计算器是不能进行编程的，只能进行数字计算。今天我们的计算器可不仅仅是用来进行加减乘除运算哟，严格意义上说，一块遥控板，各种电器上使用的智能开关都是一种固定的计算器。

②计算机分为巨型计算机和微型计算机（简称微机）。巨型计算机一般归国家所有，由国家或特殊机构掌控。

　　圆周率是一个无限不循环小数，即是一个无理数。大家知道，在5世纪我国数学家祖冲之就用割圆术手工算出圆周率在3.1415926～3.1415927之间，虽然它的成果并没有得到国际社会承认。国际上只承认也是我国古代数学家刘徽计算出的3.14，并被命名为“徽率”。题外话：这个“徽率”可不简单，从数学角度上看3.14和圆周率相差较小（因为下一位是1），所以工程计算上都使用3.14，甚至在天文运算上很多时间都使用它。

那么现在圆周率计算到哪里呢？据资料介绍，最新数据是62.8万亿位，这是什么概率？如果我们的书写间距用每厘米4个数学来计算的话那可是1亿5千7百万公里，地球到月亮都要206个来回了。如果让我去抄写一遍那是绝对不可能的，那怕我一秒钟写3个数字（边看边抄还写不了这么快）我是绝对活不了3900多万岁的，这还是在不吃不喝不睡还要从出生第一天就开始干起的前提下。哪怕是全中国人一起抄，不吃不喝不睡都要10多年时间，这数字够大的吧！

当然，这个结果只能通过超级计算机才能算出。资料表明，圆周率的62.8万亿位是用目前最先进的计算机用了三个多月的时间才计算出来的。那么，花这么大的功夫计算出来有什么作用呢？说起来有点好笑，这个作用就是体现计算机的计算能力。由于圆周率是无限不循环小数，永远也算不完，谁的计算机计算的数字长，谁的计算机就越先进。

　　不过现在计算机的计算能力已经不用这种方法了，毕竟计算圆周率费力费时还不知其准确性。现在体现计算机计算能力是通过技术手段检测计算机每秒计算次数。2020年的一次测试，最强计算机的计算能力是每秒51.3亿亿次。

　　我国的巨型计算机研制起步较晚，但其进步是非常神速的。

1983年，我国巨型计算机“银河一号机”研制成功，其计算为每秒1亿次，它在石油地质勘探、天气预报和国防建设等方面发挥其作用。不过这台计算机在当时比起其他的国家的计算机还有不小差距，据说当年日本最先进的计算机运算能力达3400多亿次。

　　随着银河号，曙光号，天河号，神威太湖之光等系列计算机相继研制成功，我国计算机逐渐走向世界舞台，成为一支不可小觑的力量。

1983年，我国成为继美国、日本之后第三个能够研制巨型计算机的国家。

2016年，我国神威太湖之光在计算机500强中，以二倍于美国计算机计算速度名列榜首，随后连续几年均为世界第一。

最新计算机排名虽然我国最强计算机没有排名第一，但是也有两个利好消息，一是我国正在研究每秒100亿亿次的超级计算机，有望在2021年研制成功。二是在世界500强中，我国的计算机占领227个席位，这也是一个第一名。

　　还有更厉害的消息。2021年2月8日，中国科学院量子信息重点实验室的科技成果转化平台合肥本源量子科技公司发布具有自主知识产权的量子计算机操作系统“本源司南”。这标志着以量子计算为标志的量子计算机走向计算机舞台。目前，我国量子实验方面在世界上处于领先地位，我国是第一个发射量子卫星进行量子纠缠试验的国家。

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。它的特点主要有运行速度较快（可能为现代计算机的数万倍，甚至超亿倍）、处置信息能力较强、应用范围较广等。

2020年12月4日，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，使我国在量子计算机领域成功实现弯道超车。

　　最新消息：经过研究攻关，超导量子计算研究团队构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，比目前最快的超级计算机快一千万倍，计算复杂度比谷歌的超导量子计算原型机“悬铃木”高一百万倍，使得我国首次在超导体系达到了“量子计算优越性”里程碑。

最最新消息。据新华社报道：记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等人与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，近期成功构建113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，求解高斯玻色取样数学问题比目前全球最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍），在研制量子计算机之路上迈出重要一步。

量子计算机的出现，为人类生活智能化奠定了良好的基础。

　　光量子计算研究团队构建了113个光子144模式的量子计算原型机“九章二号”，处理特定问题的速度比超级计算机快亿亿亿倍，并增强了光量子计算原型机的编程计算能力。

　　现在计算机已经深入到每一个人的生活，它在计算机数值计算、数据处理、自动控制、辅助设计、辅助教学、人工智能、娱乐活动等方面发挥着巨大的作用，在许多领域对不同层次的社会人产生巨大的影响，它代表着现代社会最先进的科学技术。

制 作：深山来客

音 乐：中国中国，鲜红的太阳永不落

初稿时间：2021年9月18日