计算机发展历史
上海贵族学校-
.
计算机的发展历史
一、第一台计算机的诞生
第一台计算
机
(ENIAC)
于
1946
年
2
月
,
在美国诞生。
ENIAC
PC
机
耗资
100
万美圆
600
美圆
重量
30
吨
10kg
占地
150
平方米
0
．
< br>25
平方米
电子器件
1
．
9
万只电子管
100
块集成电路
运算速度
5000
次
/
秒
500
万次
/
秒
二、计算机发展历史
1
、第一代计算机（
1946~1958)
电子管为
基本电子器件；
使用机器语言和汇编语言；
主要应用于国防和科
学计算；
运算速度每秒几千次至几万次。
2
、第二代计算机
(1958~1964)
晶体管为主要器件；
软件上出现了操作系统和算法语言；
运算速度每秒几万次至
几十万次。
3
、第三代计算机
(1964~1971)
普遍采用集成电路；体积缩小；运算速度每秒几十万次至几百万次。
4
、第四代计算机
(1971~ )
以大规模集成电路为主要器件；运算速度每秒几百万次至上亿次。
三、我国计算机发展历史
从
1953
年开始研究，到
1958
年研制出了我国第一台计算机
在
1982
年我国研制出了运算速度
1
亿次的银河
I
、
II
型等小型系列机。
计算机的历史
计算机是新技术革命的一支主力，也是推动社会向现代化迈进的活跃因素。
计
算机科学与技术
是
第二次世界大战
以来
发展最快、
影响最为深远的新兴学科之
一。计算机产业已在世界
范围内发展成为一种极富生命力的战略产业。
现代计算机是一种按程序自动进行信息处理的通用工具
,
它的处理对象是信
息，处理结果也是信息。利用计算机解决科学计算、工程设
计、经营管理、过程
控制或人工智能等各种问题的方法，
都是按
照一定的算法进行的。
这种算法是定
义精确的一系列规则，
它指出怎样以给定的输入信息经过有限的步骤产生所需要
的输出信息
。
信息处理的一般过程，是
计算机使用者针对待解抉的问题
,
事先编制程序并
存入计算机内，
然后利用存储程序指挥、
控制计算机
自动进行各种基本操作，
直
至获得预期的处理结果。
计算机自动工作的基础在于这种存储程序方式，
其通用
性的基础则在于利用计算机进行信息处理的共性方法。
计算机的历史
现代计算机的诞生和发展
现代计算
机问世之前，
计算机的发展经历了机械
式计算机、机电式计算机
和萌芽期的电子计算机三个阶段。
< br>早在
17
世纪，欧洲一批数学家就已开始设计和制造以数
字形式进行基本运
算的数字计算机。
1642
< br>年，法国数学家帕斯卡采用与钟表类似的齿轮传动装置，
制成了最早的十进制加法
器。
1678
年，德国数学家莱布尼兹制成的计算机，进
一步解决了十进制数的乘、除运算。
.....
.
英国数学家巴贝奇在
1822
年制作差分机模型时提出一个设想，每次完成一
次算术运算将发
展为自动完成某个特定的完整运算过程。
1884
年，巴贝奇设
计
了一种程序控制的通用分析机。
这台分析机虽然已经描绘出有
关程序控制方式计
算机的雏型，但限于当时的技术条件而未能实现。
巴贝奇的设想提出以后的一百多年期间，
电磁学、
电工学、
电子学不断取得
重大进展，
在元件、
器件方面接连发明了真空二极
管和真空三极管；
在系统技术
方面，
相
继发明了无线电报、
电视和雷达……。
所有这些成就为现代计算
机的发
展准备了技术和物质条件。
与此同时，数学、物理也相应地蓬勃发展。到了
20
世纪
30
年代，物理学的
各个领域经历着定量化的阶段，
描述各种物理过程的数学方程，
其中有的用经典
的分析方法已根难解决。于是，数值分析受到了重视，研究出各种数值积
分，数
值微分，
以及微分方程数值解法，
把计算过程归结为巨量的基本运算，
从而奠定
了现代计算机的
数值算法基础。
社会上对先
进计算工具多方面迫切的需要，
是促使现代计算机诞生的根本动
力。
20
世纪以后，各个科学领域和技术部门的计算困难堆积如
山，已经阻碍了
学科的继续发展。
特别是
第二次世界大战
爆发前后，
军事科学技术对高速计算工
具的需要尤为迫切。在此期间，德国、美国、英国部在进行计算机的开拓工作，
几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。
德国的朱赛最先采用电气元件制造计算机。他在
1941
年制成的全自动继电
器计算机
Z-3
，已具备浮点记数、二进制运算、数字存储地址的指令形式等现代
计算机
的特征。
在美国，
1940
～
1947
年期间也相继制成了继电器计算机
MA
RK-1
、
MARK-2
、
Model-1
、
Model-5
等。不过，继电器的开关速度大约为百分之一秒，
使计算机的运算速度受到很大
限制。
电子计算机的开拓过
程，
经历了从制作部件到整机从专用机到通用机、
从
“外
加式程序”到“存储程序”的演变。
1938
年，美籍保加利亚学者阿塔纳索夫首
先制成了电子计算机的运算
部件。
1943
年，英国外交部通信处制成了“巨人”
电子计算机。这是一种专用的密码分析机，在
第二次世界大战
中得到了应用。
1946
年
2
月
美国宾夕法尼亚大学
莫尔学院制成的大型电子数字积分计算机
(ENIAC)
，最初也专门用于火炮弹道计算，后经多次改进而成为能进行各种科学
计算的通用计算机。
这台完全采用电子线路执行算术运算、
逻辑
运算和信息存储
的计算机，运算速度比继电器计算机快
1000
倍。这就是人们常常提到的世界上
第一台电子计算机。
但是，
这种计算机的程序仍然是外加式的，
存储
容量也太小，
尚未完全具备现代计算机的主要特征。
新的重大突破是由数学家冯·诺伊曼领导的设计小组完
成的。
1945
年
3
< br>月
他们发表了一个全新的存储程序式通用电子计算机方案—电子离散变量自动计<
/p>
算机
(EDVAC)
。
< br>随后于
1946
年
6
月，
冯·
诺伊曼等人提出了更为完善的设计报告<
/p>
《电子计算机装置逻辑结构初探》
。同年
7
～
8
月间，他们又在莫尔学院为美国
和英国二十多个机构的专家讲授了专门课程
《电子计算机设计的
理论和技术》
，
推动了存储程序式计算机的设计与制造。
1949
年，
英国剑桥大学
数学实验室率先制成电子离散时序自动计算机
(EDSAC)
；
美国则于
1950<
/p>
年制成了东部标准自动计算机
(SFAC)
等。
至此，
电子计
算机发展的萌芽时
期遂告结束，开始了现代计算机的发展时期。
.....
.
在创制数字计算机的同时，还研制了另一类重要的计算工具——模拟计算
机
。物理学家在总结自然规律时，常用数学方程描述某一过程；相反，解数学方
程的过程，
也有可能采用物理过程模拟方法，对数发明以后，
1620
年制
成的计
算尺，己把乘法、除法化为加法、减法进行计算。麦克斯韦巧妙地把积分
(
面积
)
的计算转变为
长度的测量，于
1855
年制成了积分仪。
19
世纪数学物理的另一项重大成就——傅里叶
分析，对模拟机的发展起到
了直接的推动作用。
19
世纪后期和
20
世纪前期，相继制成了多种计算傅
里叶系
数的分析机和解微分方程的微分分析机等。
但是当试图推
广微分分析机解偏微分
方程和用模拟机解决一般科学计算问题时，
人们逐渐认识到模拟机在通用性和精
确度等方面的局限性，并将主要精力转向了数字计
算机。
电子数字计算机问世
以后，
模拟计算机仍然继续有所发展，
并且与数字计算
机相结合而产生了混合式计算机。
模拟机和混合机已发展成为现代计算机
的特殊
品种，即用在特定领域的高效信息处理工具或仿真工具。
20
世纪中期以来，计算机一直处于高速度发展时期，
计算机由仅包含硬件
发展到包含硬件、
软件和固件三类子系统的
计算机系统。
计算机系统的性能—价
格比，平均每
10
年提高两个数量级。计算机种类也一再分化，发展成微型计算
机、小型计算机、通用计算机
(
包括巨型、大型和
中型计算机
)
，以及各种专用机
(
如各种控制计算机、模拟—数字混合计算机
)
等。
计算机器件从电子管
到晶体管，
再从分立元件到集成电路以至微处理器，
促
使计算机的发展出现了三次飞跃。
<
/p>
在电子管计算机时期
(1946
～
1959)
，
计算机主要用于科学计算。
主存储器是
决定计算机技术面貌的主要因素。
当时，
主存储器有水银延迟线存储器、
阴极射
线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机进行分类。
到了晶体管计算机时期
(19
59
～
1964)
，
< br>主存储器均采用磁心存储器，
磁鼓和
磁盘开始用作主要的
辅助存储器。
不仅科学计算用计算机继续发展，
而且中、
小
型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。
1964
年，在集成电路计算机
发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发
展时期。
半导体存
储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，
磁盘成了不可缺
少
的辅助存储器，
并且开始普遍采用虚拟存储技术。
随着各种半导
体只读存储器
和可改写的只读存储器的迅速发展，
以及微程序技
术的发展和应用，
计算机系统
中开始出现固件子系统。
20
世纪
7
0
年代以后，
计算机用集成电路的集成度迅速从中小规模发展到
大
规模、
超大规模的水平，
微处理器和
微型计算机应运而生，
各类计算机的性能迅
速提高。随着字长<
/p>
4
位、
8
位、<
/p>
16
位、
32
位
和
64
位的微型计算机相继问世和广
泛
应用，对小型计算机、通用计算机和专用计算机的需求量也相应增长了。
微型计算机在社会上大量应用后，
一座办公楼、
一所学校、
一个仓库常常拥
< br>有数十台以至数百台计算机。
实现它们互连的局部网随即兴起，
< br>进一步推动了计
算机应用系统从集中式系统向分布式系统的发展。
在电子管计算机时期，
一些计算机配置了汇编语言和子程序库，
科学计算用
的高级
语言
FORTRAN
初露头角。在晶体管计算机阶段，事务处理
的
COBOL
语言
、
< br>科学计算机用的
ALGOL
语言，和符号处理用的
LISP
等高级语言开始进入实用阶
段。操作
系统初步成型，使计算机的使用方式由手工操作改变为自动作业管理。
进入集成电路计算机发展时期以后，
< br>在计算机中形成了相当规模的软件子系
统，高级语言种类进一步增加，操作系统日
趋完善，具备批量处理、分时处理、
.....
.
实时处理等多种功能。
数据库管理系统、
通信处
理程序、
网络软件等也不断增添
到软件子系统中。
软件子系统的功能不断增强，
明显地改变了计算机的使用属性，
使用效率显著提高。
在现代计算机中，外围设备的价值一般已超过计算机硬件子系统的一半以
上，
其技术水平在很大程度上决定着计算机的技术面貌。
外围设备技术的综
合性
很强，既依赖于电子学、机械学、光学、磁学等多门学科知识的综合，又取决于
精密机械工艺、电气和电子加工工艺以及计量的技术和工艺水平等。
外围设备包括辅助存储器和输入输出设备两大类。
辅助存储器包括磁盘、
磁
鼓、
磁带、
激光存储器、
海量存储器和缩微存储器等；<
/p>
输入输出设备又分为输入、
输出、转换、、模式信息处理设备和终
端设备。在这些品种繁多的设备中，对计
算机技术面貌影响最大的是磁盘、终端设备、模
式信息处理设备和转换设备等。
新一代计算机是把信息采集存储处理、
通信和人工智能结合在一起的智能计
算机系统。
它不仅能进行一般信息处理，
而且能
面向知识处理，
具有形式化推理、
联想、学习和解释的能力，将
能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。
计算技术在中国的发展
在人类文明
发展的历史上中国曾经在早期计算工
具的发明创造方面写过光辉的一页。远在商代，中国
就创造了十进制记数方法，
领先于世界千余年。
到了周代，
发明了当时最先进的计算工具——算筹。
这是一
种用竹、
木或骨制成的颜色不同的小棍。
计算每一个数学问
题时，
通常编出一套
歌诀形式的算法，一边计算，一边不断地重
新布棍。中国古代数学家祖冲之，就
是用算筹计算出圆周率在
3
.1415926
和
3.1415927
之间。
这一结果比西方早一千
年。
珠算盘是中国的又一独创，
也
是计算工具发展史上的第一项重大发明。
这种
轻巧灵活、携带方
便、与人民生活关系密切的计算工具，最初大约出现于汉朝，
到元朝时渐趋成熟。
珠算盘不仅对中国经济的发展起过有益的作用，
而且传到日
本、朝鲜、东南亚等地区，经受了历史的考验，至今仍在使用。
中国发明创造指南车、水运浑象仪、记里鼓车、提花机
等，不仅对自动控制
机械的发展有卓越的贡献，
而且对计算工具
的演进产生了直接或间接的影响。
例
如，张衡制作的水运浑象仪
，可以自动地与地球运转同步，后经唐、宋两代的改
进，遂成为世界上最早的天文钟。<
/p>
记里鼓车则是世界上最早的自
动计数装置。
提花机原理刘计算机程序控制的
发展有过间接的影
响。
中国古代用阳、
阴两爻构成八卦，
也对计算技术的发展有
过直接的影响。
莱布尼兹写过研究八卦的
论文，
系统地提出了二进制算术运算法
则。他认为，世界上最早
的二进制表示法就是中国的八卦。
< br>经过漫长的沉寂，
新中国成立后，
中国计算技术迈入了新
的发展时期，
先后
建立了研究机构，
在
高等院校建立了计算技术与装置专业和计算数学专业，
并且
着手
创建中国计算机制造业。
1958
< br>年和
1959
年，
中国先后制成
第一台小型和大型电子管计算机。
60
年代
中期，
中国研制成功一批晶体管计算机，
并配制了
ALGOL
等语言的编译程序和其
他系统软件。
60
年代后期，中国开始研究集成电路计算机。
70
年代，中国已批
量生产小型集成电路计算机。
80
年代以后，中国开始重点研制微型计算机系统
< br>并推广应用；
在大型计算机、
特别是巨型计算机技术方面
也取得了重要进展；
建
立了计算机服务业，逐步健全了计算机产
业结构。
超级计算机
.....
.
“
超级计算
(Supercomputing)
”
这一
< br>名词
在
1929
年
《
纽约世界报
》关于
“
IBM
为
哥伦比亚
大学
建造大型报表机
(tabulator)
< br>的
报道
”
中
首次出现
。
是
一种
由数百、
数千甚至
更多
的
处理
器
(
机
)
组成的，能
计算
普
通
PC
机
和
服
务器
不能完成的
大型
、
复杂课题
的
计算机
。
把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度，那么超级计算机就达到
了火箭的速度。
在这样的
运算速度
前提
下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。
< br>自
1976
年
美国
克雷公司推出了
世界
上首台运算速度达每秒
2.5
亿次的超级计算机以来，
突出表现一国科
技实力的超级计算机，
堪称集万千宠爱于一身的高科技宠儿，
在
诸如天气预
报、生命科学的
基因
分析、
核业、
军事
、
航天
等高科技领域大展身手，让各国科技精英竞折
腰，各国都在着手
研发
亿亿级超级计算机。
对巨型
计算机的指标一些厂家这样规定：首先，计算机的运算
速度
平均
每秒
1000
万次
以上；其次，存贮容
量在
1000
万位以上。如美国的
IL
LIAC-
Ⅳ，日本的
NEC
，欧洲的
尤金，
中国的
银河
计算机，
就属于巨型计算机。
巨型
计算机的发展是电子计算机的一个重要发展
方向。
它的研制水平
标志着一个国家的科学技术和工业发展的程度，
体现着国家
经济
发展
的
实力。
一些发达国家正在投入大
量资金和人力、
物力，
研制运算速度达几百万亿次的超级大
型计算机。某些分布式运算把丛集超级运算推至极限。例如
SETI
@home
计划现在平均有
667.716 TeraFLOP
S
运算能力。
2009
年
4
月，
Folding@home
< br>声称拥有超过
8PFLOPS
运算能
力。
GIMPS
运算能力也高达
1
8TFLOPS
。
Google
的搜寻
引擎系统
Google server farm
总处理
能力界乎于
126
及
316TFLOPS
之间。
Tristan
< br>Louis
估计这个系统等于
32000
至
79000
台双
2
GHz
Xeon
电脑。
由于散热问题，
Google
的搜寻引擎系统应该属
于网格运算。
新一代的超级计算机采用涡轮式设计，
每个刀片就是一个服务器，
能实现
协同工作
，
并
可根据应用需要随时增减。单个机柜的
运算能力可达
460.8
千亿次
/
秒，理论上协作式高性
能超级计算机的浮点运算速度为
100
万亿次
/
秒，实际高
性能运算速度测试的效率高达
84.35%
，
< br>是名列世界最高效率的超级计算机之一。
通过先进的架构和设计，
它实现了存储和
运算的分开，
确保用户数据、
资料在
软件系统
更新或
CPU
升级时不受任何影响，
保障了存储
信息的安全，真正实现了保持长时、
高效、可靠的运算并易于升级和维护的优势。
2011
年
6
月<
/p>
21
日国际
TOP500
组织宣布，日本超级计算机
“
京
”
（
K computer
）以每秒
8162
万亿次
运
算速度
成为全球最快的超级计算机。
由日本政府出资、
富士通制造的巨型
计算机
“
K
Computer
”
落户
日本理化研究所，并成功从
中国
手中夺回
运算速度
排行榜第一的宝座。以每秒
8162
万
亿次运算速度成为全球最快的超级计算机。
“
K
Computer
”
当前
运算速度
为每秒
8
千万亿次，
而到
2012
年完全建成时，其运算速度将达到每秒一万万亿次。
“
K Computer
”
比现居第二的
中国
超级计算机速度快出约
3
倍，甚至比排名第
2
至第
6
的计算机
运算速度
总和还要快。<
/p>
2012
年
6
月
18
日，国际超级
< br>电脑
组织
18
日公布最新的全球
超级电脑
500
强名单，世
界上运算速
度最快的超级计算机是由
IBM
为美国劳伦斯
< br>·
利弗莫尔国家实验室研发的
Sequoia
，它每秒能完成
1.6
亿亿次运算，美国超级电脑
重夺世界第一宝座，而中国超级电
脑排名第五。美国的超级电脑技术在
< br>2011
年中突飞猛进，由美国国际商业机器公司（
IB
M
）
.....