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日本的計算發展史.doc

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?日本的計算機發展史原著:山田昭彥 編譯:王立群摘要:電子計算機從1940年代上半葉在歐美開始了發展,而在日本,到了戰后才開始首先在大學發展電子管計算機,隨后開始了參變管式和晶體管式計算機的發展。從1960年代后半葉以來使用集成電路的大型計算機得到了發展,產品走向了市場,而于此并行的是小型、廉價的工作用辦公計算機和科學技術用的小型計算機也產品化,出現了計算機在中小企業普及的現象。進而,隨著微處理器的誕生,在1970年代后半葉產生了可以處理日語的個人計算機,計算機開始在家庭普及。關于科學技術用的超級計算機,從1980年代前半葉,日本的制造商進入市場,開始了產品的推出,日美之間的開發競爭得以持續。 隨著這些通用型計算機的發展,以游戲機為代表的嵌入式專用計算機系統也不斷地開發出了高性能的產品,在圖形化性能方面超過通用型計算機的高性能產品出現。本文的構成:本文中,對日本的計算機發展史,以從黎明期經過大型計算機到個人計算機的歷史順序及家用游戲機的歷史這兩方面進行敘述。1、 計算機的發展史1-1、 黎明期的計算機(第一代、第二代) 在日本,戰前及戰時,機械式計算機、電子機械式計算機等計算機械和邏輯計算機的研究開發在進行著,而電子數字式計算機在戰后也開始了開發。從1940年代后半葉,繼電器式、電子管式、參變管式和晶體管式計算機幾乎并行地得到了發展。 關于機械式計算機,在明治時代矢頭良一發明出與算盤相同的以2-5進制作為輸入手段的手動桌式計算器“自動算盤”,在1903年獲得專利權并開始生產、銷售。在1923年,大本寅治郎銷售了改良至德國造的機械式計算器的機械式桌上計算器。之后命名為“虎式”計算器,因為比外國產品廉價得以廣泛發展,生產到1960年。 在1930年代,日本電器的中島章、榛澤正男發表了開關理論,而電器試驗所(后來的電子技術綜合研究所,現在的產業技術綜合研究所)的大橋干一和后藤以紀把開關理論發展到了理論代數和理論數學。駒宮安男把該理論應用到電子計算電路理論上并在1952年開發出了繼電器式計算機(ETL Mark Ⅰ)、在1955年開發出ETL Mark Ⅱ。東京大學的山下英男在戰時進一步研究了統計機,在1948年應用繼電器和度數計開發出了山下式畫線統計機,而在之后由企業商品化。在1954年由富士通完成了繼電器式計算機的商用機型(FACOM-100)。(1)、電子管計算機 從1940年代后半葉,大阪大學、富士寫真膠卷(現在的富士膠卷)和東京大學先后開始了電子管計算機的研究開發。大阪大學工學部精密工學科的城憲三從戰時開始就進行著計算機械的研究和教育,而在1946年2月從Newsweek上得知美國完成了ENIAC之后,就立即著手電子計算機的研究工作,牧之內三郎和安井祐使用電子管在1950年試制了ENIAC型的十進制計算裝置。隨后開始了以EDSAC為模型的程序內儲式二進制電子管計算機的開發。從1948年開始接受來自文部省每年數萬元的科學研究經費,1953年為80萬日元,1954年為30萬日元。后者充當了講座的經常費而繼續進行著開發,在1959年左右其基本的功能確立并接近完成,但是因為決定引入晶體管計算機的商用機型而終止了開發。該機使用1500個電子管、四千個二極管、固定玻璃后延線記憶器1024條,并且時鐘主頻為1MHz,加法運算時間為40微秒,這在當時來講是高速計算機。城憲三和牧之內合著的《計算機械》一書在1953年出版,是當時該領域唯一的關于計算機的專業書籍。 富士寫真膠卷的岡崎文次研究【科學朝日】1948年8月號刊載的IBM-SSEC(Selective Sequence Electronic Calculator)(可選順序電子計算器)報道后,認識到計算機開發的可能性。在公司內部提出【關于相機鏡頭設計的自動方法】的研究報告,在1949年3月獲得公司研究預算20萬日元開始了電子管計算機的開發工作。從1952年12月開始著手制作,幾乎獨自地于1956年3月完成了日本最早的計算機-FUJIC。FUJIC是采用2進制并行式、3地址的計算機,使用了電子管1700個、水銀后延線256條(一條33位)的存儲裝置。時鐘主頻為30kHz,加法運算為0.1ms,乘法運算為1.6ms??梢詽M足對相機鏡頭設計的必要性能。FUJIC除了公司內部鏡頭設計業務之外,也進行外部委托的計算業務。 1951年,在東京大學以山下英男為代表的研究人員得到了日本文部省的科學研究費,開始了【電子計算機的研究】,在當時,已經開始了計算機研究工作的東京芝浦電器(現在的東芝)也參加了這項研究。在第二年即1952年,得到1011萬日元的研究費用后,與東芝一起開始了電子管計算機(TAC)的開發。1953年,校方的研究費用投入進來。TAC在EDSAC的基礎上增加變址寄存器和浮點數運算機制,使用電子管7000個、二極管3000個,并且使用了512條(35位/條)的陰極射線管存儲裝置,該裝置應用陰極射線管16根。研究的途中并不順利,東芝在1956年從共同研究中退出,但是東京大學的村田健郎、中澤喜一郎(當時的大學生)等人經過努力在1959年完成了研究工作。該機的時鐘主頻為330kHz、加法運算時間為0.48ms、乘法運算時間為5.04ms(固定小數點)。 在日本,開發的電子管計算機只有上述三臺,沒有進行商品化,也沒有繼續進行第二代計算機的技術開發,但是這種電子管計算機的開發在啟蒙及教學方面所起的作用非常大。(2)、參變管式計算機 電子管因其可信性、發熱量和體積大等方面的原因,作為計算機的元件存在很多問題,因此一直在尋求著電子管的替代品。在1954年,東京大學理學部的后藤英一(當時的大學生)發明了新的理論元件——參變管,它僅由被動元件——線圈和電容器構成,可信度高而且價格便宜,所以東京大學、電器通信研究所和東北大學(與日本電器一起)等開始了采用參變管的計算機研究開發。電器通信研究所的MUSASINO-1(M-1)在1957年3月運行,成為最早的參變管計算機。它是采用Illiac Ⅰ結構的二進制并行式計算機,使用了參變管5400個,磁芯存儲器256條(每條40位)。東京大學開發出來的PC-1計算機在1958年3月完成,它采用了與EDSAC類似的結構,二進制并行式,使用了參變管4300個,磁芯存儲器256條。 在日立中央研究所為公司內部計算使用在1957年12月開發了HIPAC MK-1,并最早進行了產品化。日本電器、富士通信(現在的富士通)、沖電器工業、日本電子測器、光電制作所也相繼地產品化了參變管計算機。另外,大井電器制造出了參變管臺式電子計算機。 參變管在可信度方面優越,但是在運算速度、耗電量方面與晶體管相比是不利的。因此,隨著晶體管可信度的提高,更換為晶體管的過程一直在進行,在1960年代前半葉,參變管計算機的開發中止。只有日本電器的超小型系列參變管計算機因辦公用、小型且廉價而大量銷售,到1970年后半葉不斷地開發和銷售,它成為后來辦公計算機的原型。(3)、晶體管式計算機 1956年7月,在電氣試驗所以和。省略部分。0年代末開始隨著計算機日語處理實用化,日本的辦公用計算機市場增長到1500億日元。 從1980年代后半葉開始采用32位結構,辦公計算機達到了匹敵小型通用計算機的程度。進入到1990年代個人計算機迅速滲透入商業市場,個人計算機開始以辦公計算機的工作站形式被使用。從1990年代中期開始與開放系統的對抗逐漸變得困難,其后小型計算機的作用讓給了以世界市場為背景的開放系統。(2)、小型計算機 伴隨著小型計算機的出現,DEC、HP、DG等品牌的小型機也輸入到了日本,并且在國內也開始了開發并出現了競爭。首先日立制作所在1969年2月研發出了HITAC-10。該機是16位的小型計算機,帶有4k的內存,價格為495萬日元。繼之,富士通、日本電氣和沖電氣工業相繼研發出FACOM-R、NEAC M-4和OKITAC 4300。更近一步地講,在1969年松下電器(現在的松下)研發出MACC7,東芝公司在1970年研發出TOSBAC-40。 DEC在1977年10月研發出了32位假想存儲方式的超級小型計算機VAX-11/780,日本也研發出了32位超級小型計算機。首先,在1978年東芝公司研發出了TOSBAC 7/70系列。日立制作所在1980年研發出了HITAC系列和具有命令交換能力的HITAC E-800。日本電氣在1982年銷售了NEAC MS120、MS140、MS190。MS190在電子元件方面采用超大型通用機使用的CMLSI,在科學計算上實現了世界最高速。富士通和現在的PFU公司在1983年2月把共同研發的32位超級小型計算機分別以FACOM S-3000系列和PANAFACOM S-3000系列公諸于世。(3)、個人計算機 世界上首個微處理器4004為英特爾公司在1971年12月研發出。它是4位的微處理器,是為日本的vidicon公司的臺式電子計算機所開發的。其后英特爾在1974年研發出了8位微處理器8080。日本電氣在1976年8月銷售了采用PD8080A微處理器的訓練用的一整套TK-80設備。在1978年9月,日本最早的個人計算機,日立制作所的basic master MB-6880被研發出來。微處理器使用摩托羅拉6800的日立版,裝載有BASIC。在1978年,夏普公司銷售了使用Z80微處理器,可應用BACIC語言的MZ-80。日本電氣在1979年5月銷售了8位的個人計算機PC8001,這三種機型可以稱得上是最早的三家8位機。進入1980年代,更高功能的8位機,日本電氣銷售了PC-8800系列,富士通銷售了FM-8系列,夏普公司銷售了X1系列,這三家公司成為了市場的中心。 1981年12月,三菱電機研發出了使用8088微處理器的日本最早的16位個人計算機。日本電氣在1982年10月銷售了安裝有16位微處理器PD8086(兼容8086)和處理圖像用LSI PD7220芯片的,采用MS-DOS操作系統的PC9801型個人計算機,成為其后國內市場的領導。由于16位機的出現,個人計算機開始被應用到了辦公方面。 東芝公司在1985年面向海外研發出了可與IBM PC機兼容的16位便攜式個人計算機T-1100。夏普公司在1986年研發出應用MC68000微處理器的X68000。它具備了可以對抗游戲機引擎的高度圖形化功能和強大的AV功能。在1987年9月,采用80386微處理器的32位機出現,日本電氣和富士通公司分別研發出了PC-98XL2和FM R-70。在1989年2月,富士通公司研發出了在世界上首次裝載CD-ROM驅動器的,強化AV功能的32位個人計算機FM Towns。在1986年6月,東芝公司研發出了世界上首臺A4(文件尺寸)的筆記本式個人計算機DynaBook J-3100SS。日本電氣也在同年10月研發出了筆記本型個人計算機PC-9801N(98NOTE),并在第二年5月研發出了日本首臺32位筆記本個人計算機98NOTE SX。在日本因為漢字處理的必要性,所以在個人計算機上裝載用于處理包含漢字的日語的ROM,這樣PC在日本完成了獨特的發展。其后,隨著微處理器性能的提高,在軟件上的變換成為可能,把變換功能組裝到操作系統中的DOS/V從1980年代末期開始開發并逐漸實用化。(4)、服務器(a)、UNIX服務器 在1990年上半葉,轉向分散處理為背景,在美國誕生了客戶服務器系統,服務器被要求與主機具有同樣的功能和性能。在1992年,UNIX System Ⅴ使得多處理器的結構成為可能,在1995年日本電氣實現了UP 4800/770(8處理器),在1997年日立制作所實現了9000Ⅴ/VT800(16處理器),各自都達到了業界的最高速水平。富士通公司在1999年開發了SPARC 64-GP的64處理器SMP結構的GP7000 model 2000,在2000年開發了128處理器SMP結構的PRIMEPOWER 2000,在2002年開發了SPARC 64V的128處理器SMP結構的PRIMEPOWER 2500,實現了世界上最大CPU數的SMP。日立制作所在1991年研發的容錯服務器FT-6100中三重化運算器,在1995年研發的3500/730FT和750FT中采用了把二重化的處理器結構裝載2個系統(總共4個處理器)的Quad Processor Redundancy方式。(b)、PC服務器 PC服務器使用英特爾的Pentium和AMD的Opteron等IA-32系列32位的CPU,添加了硬盤的RAID化和hot plug適應功能以及遠程管理功能等。在1990年代前半葉,上市的數量超過了UNIX服務器,進入2000年代,其價格也有所上漲。日本電氣在1994年研發出了Express 5800系列(最大4CPU,MIPS R4400/Intel Pentium,Windows NT 3.5)。在采用Pentium Pro的服務器中,1996年富士通銷售了安裝有Server Monitor Module的GRANPOWER服務器,東芝公司也研發出采用冗余電源、RAID磁盤、服務器監視功能和組結構的GS700服務器。在多處理器化方面,日立制作所在1995年研發出了8個Pentium處理器的FLORA 3100LP服務器,在1998年,日本電氣銷售了8個Pentium Pro處理器的Express 5800/180Ha服務器,8個處理器的數據處理性能達到了世界最高水平。 在Itanium系列中,日本電氣于2001年開發出了SMP結構的AzusA(操作系統為HP-UX)服務器,它把64位處理器Itanium安裝在16個芯片上。獨自開發芯片組,實現了16way的標量能力,達到51.2GFLOPS。在2004年日立制作所研發的BladeSymphony中裝載有4個CPU。2005年,富士通研發的PRIMEQUEST 400系列是最大32個芯片的SMP,它把主要的硬件二重化,具備同時操作的系統鏡像結構。參考文獻情報処理學會歴史特別委員會編,“日本のコンピュータの歴史,”オーム社,1985。
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