1.1.3　計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展歷程

計(jì)算機(jī)誕生至今，以驚人的速度發(fā)展著，首先是晶體管取代了電子管，繼而是微電子技術(shù)的發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)處理器和存儲(chǔ)器上的元件越來(lái)越小，數(shù)量卻越來(lái)越多。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量迅速增加，各方面的功能也越來(lái)越強(qiáng)大。隨著計(jì)算機(jī)的微型化和網(wǎng)絡(luò)化，計(jì)算機(jī)已滲透到了人們生活中的各個(gè)領(lǐng)域，被普遍地應(yīng)用到科學(xué)技術(shù)、文化教育、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)以及日常生活中，有力地推動(dòng)了信息社會(huì)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)作為獲取、加工、存儲(chǔ)、處理與管理信息的工具，已成為21世紀(jì)人們重要的生活、工作工具。

1.計(jì)算機(jī)的誕生

在20世紀(jì)40年代，由于當(dāng)時(shí)進(jìn)行的第二次世界大戰(zhàn)亟須高速準(zhǔn)確的計(jì)算工具來(lái)解決彈道計(jì)算問(wèn)題，因此，在美國(guó)陸軍部的主持下，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院的莫克利（Mauchly）、艾克特（Eckert）等人于1946年設(shè)計(jì)并制造了世界上第一臺(tái)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)（Electronic Numerical Integrator and Calculator，ENIAC）供美國(guó)軍方使用，如圖1-1所示。

ENIAC的功能在當(dāng)時(shí)是出類(lèi)拔萃的，與手工計(jì)算機(jī)相比速度得到了極大的提升。但ENIAC也存在著明顯的缺點(diǎn)，如體積龐大、耗電量大、字長(zhǎng)短、不能存儲(chǔ)程序、編程困難等。這些缺點(diǎn)極大地限制了機(jī)器的運(yùn)行速度，急需更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨后，數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（John von Neumann）在新型計(jì)算機(jī)的研制過(guò)程中，提出了一種全新的存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案，即現(xiàn)在所稱的“馮·諾依曼型”計(jì)算機(jī)。從此，計(jì)算機(jī)從實(shí)驗(yàn)室研制階段進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段，其功能從科學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到數(shù)據(jù)處理，計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)開(kāi)始形成。

2.計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程

以計(jì)算機(jī)物理器件的變革作為標(biāo)志，可以將計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為4個(gè)重要的發(fā)展階段。

第一階段（1946—1957年）為電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主要邏輯元件是電子管。電子管計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：體積龐大、運(yùn)算速度低（一般每秒幾千次到幾萬(wàn)次）、成本高、可靠性差、內(nèi)存容量小。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，被應(yīng)用于軍事和科學(xué)研究工作。其代表機(jī)型有ENIAC、IBM 650（小型機(jī)）、IBM 709（大型機(jī)）等。

第二階段（1958—1964年）為晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主要邏輯元件是晶體管。晶體管計(jì)算機(jī)的應(yīng)用被擴(kuò)展到數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制等方面。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已提高到每秒幾十萬(wàn)次，體積已大大減小，可靠性和內(nèi)存容量也有較大的提高。其代表機(jī)型有IBM 7090、IBM 7094、CDC 7600等。

第三階段（1965—1970年）為集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)的主要邏輯元件是集成電路。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度提高到了每秒幾十萬(wàn)次到幾百萬(wàn)次，可靠性和存儲(chǔ)容量進(jìn)一步提高。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備種類(lèi)繁多，計(jì)算機(jī)和通信密切結(jié)合起來(lái)，廣泛地應(yīng)用到科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、事務(wù)管理、工業(yè)控制等領(lǐng)域。其代表機(jī)型有IBM 360系列、富士通F230系列等。

第四階段（1971年至今）為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)的主要邏輯元件是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度可達(dá)到每秒上千萬(wàn)次到億萬(wàn)次。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量和可靠性有了很大提高，功能更加完備。計(jì)算機(jī)的類(lèi)型除小型、中型、大型機(jī)外，開(kāi)始向巨型機(jī)和微型機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)）兩個(gè)方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入辦公室、學(xué)校和家庭。

從計(jì)算機(jī)工作原理來(lái)看，以上4代計(jì)算機(jī)都是基于數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出的“存儲(chǔ)程序”的思想：將程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制數(shù)的形式預(yù)先存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，執(zhí)行程序時(shí)，計(jì)算機(jī)從存儲(chǔ)器中逐條取出指令進(jìn)行相應(yīng)操作，完成數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和輸入/輸出。這種“存儲(chǔ)程序”的思想是計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展歷史上的里程碑，對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展具有根本性的指導(dǎo)意義，所以通常將基于這一原理的計(jì)算機(jī)稱為馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)。