计算机的发展历史

玛丽莲梦兔
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2021年02月16日 18:01
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野蔷薇花语-

2021年2月16日发(作者:攻心为上)


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)



1946



2



,


在美国诞生。



ENIAC PC





耗资



100


万美圆



600


美圆




重量



30




10kg



占地



150


平方米



0



25


平方米



电子器件


< br>1



9


万只电子管



100


块集成电路




运算速度



5000



/




500


万次


/




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





1953


年开始研究,到


1958


年研制出了我国第一台计算机




1982


年我国研制出了运算速度


1


亿次的银河


I


< p>
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< /p>



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,



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。







早在< /p>


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


年,< /p>


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。< /p>







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。

< br>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


MARK-1



MARK-2



Model-1< /p>



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 、



“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

< p>
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

< p>
第二次世界大战


中得到了应用。







1946



2


月< /p>


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

< p>
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



3


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算



(EDVAC)


。随后于

< br>1946



6


月,冯·诺伊曼等 人提出了更为完善的设计报告


《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


185 5


年制成了积分仪。







19< /p>


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< /p>


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


)< /p>


,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,



使计算机的发展出现了三次飞跃。







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

< br>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


(1959


~< /p>


1964)


,主存储器均采用磁心存储器,磁鼓

< br>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,

< br>计算机系统


中开始出现固件子系统。







20


世纪


70


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


4


位、


8


位、


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、

< p>
一个仓库常常拥


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,


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,

< p>
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


、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

< br>业管理。







进入集成电路计算机发展时期以后 ,


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、



鼓、


磁带、


激光存储器、


海量存储器 和缩微存储器等;


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



< p>
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



3.1415927


之间。


这一结果比西方 早


一千年。


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