1.1.1 计算机的发展史及分类

1.计算机的发展史

在了解计算机的发展史之前，有必要先弄清楚什么是计算机。

（1）计算机的概念。计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、快速、高效地对各种信息进行存储和处理的现代化智能电子设备。

计算机是一种现代化的信息处理工具，它对信息进行处理并给出结果，其结果（输出）取决于所接收的信息（输入）及相应的程序。计算机基本概念图解如图1-1所示。

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“计算机”的英文单词为computer，原是指从事数据计算的人，而这些人往往需要借助某些机械计算设备或模拟计算机。即使在今天，我们也还能在许多地方看到这些早期计算设备的祖先——算盘的身影。有一种看法认为，算盘是最早的数字计算机，而珠算口诀则是最早的体系化算法。

（2）计算机的发展。下面，让我们把时钟拨回到 360 多年前，从计算机诞生的源头开始谈起，简述计算机的发展历程。

第零代：机械式计算机（1642—1945年）

① 1642年——齿轮式加减法器。1642年，法国数学家帕斯卡（B.Pascal）采用与钟表类似的齿轮传动装置，研制出世界上第一台十进制加减法器（见图 1-2），这是人类历史上的第一台机械式计算机。此后，科学家们在这个领域里继续研究能够完成各种计算的机器，想方设法扩充和完善这些机器的功能。

② 1821年——差分机。1821年，英国数学家巴贝奇（C.Babbage）构想和设计了第一台完全可编程计算机——差分机。这是第一台可自动进行数学变换的机器，但由于技术条件、经费限制以及巴贝奇无法忍耐对设计不停地修补，这台计算机最终没有问世。

③ 1884年——制表机。1884年，美国人口普查局的统计学家霍列瑞斯（H.Hollerith）受提花织机的启发，想到用穿孔卡片来表示数据，制造出了制表机（见图1-3），并获得专利。制表机的发明，是机械计算机向电子技术转化的一个里程碑，标志着计算机作为一个产业开始初具雏形。

20世纪初，电子技术飞速发展，其代表性产物有真空二极管和真空三极管，这些都促成了真正的电子计算机的产生。根据组成电子计算机的基本逻辑组件的不同，我们可以把电子计算机的发展分为4个阶段，每一阶段在技术上都是一次新的突破，在性能上都是一次质的飞跃。4个阶段的特点具体如下。

第一代：电子管计算机（1946年至20世纪50年代后期）

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图 1-4 中左侧的是世界上第一个电子管，也就是人们常说的真空二极管。直到真空三极管（见图1-4右）被发明后，电子管才成为实用的器件。后来，人们又发现，真空三极管除了可以处于“放大”状态外，还可以充当开关器件，其速度要比继电器快成千上万倍。于是，电子管很快受到计算机研制者的青睐，计算机的历史也由此跨进电子的纪元。

第一代计算机采用电子真空管及继电器作为逻辑组件构成处理器和存储器，并用绝缘导线将它们连接在一起。电子管计算机相比之前的机电式计算机来讲，无论是运算能力、运算速度还是体积等都有了很大的改进。

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计算机的鼻祖：埃尼阿克（lectronic Numerical Integrator And Computer，ENIACE，电子数字积分计算机，见图1-5）。1946年2月5日，出于美国军方对弹道研究的计算需要，世界上第一台电子计算机埃尼阿克（ENIAC）问世。这个重达30吨、由18 800个电子管组成的庞然大物，就是所有现代计算机的鼻祖。第一台电子计算机诞生的目的是为军事提供服务，但它也和其他军工产品一样，随着技术的成熟逐渐走向民用。

ENIAC 的诞生，宣告了人类从此进入电子计算机时代。从那一天到现在的半个多世纪里，伴随着电子器件的发展，计算机技术有了突飞猛进的发展，造就了如IBM、SUN、Microsoft等若干大型计算机软硬件公司，人类开始步入以电子科技为主导的新纪元。

第二代：晶体管计算机（20世纪 50年代后期至 20世纪 60年代中期）

晶体管的发明，标志着人类科技进入了一个新的电子时代。图1-6所示为第一个晶体管。与电子管相比，晶体管具有体积小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低、速度快等优点。晶体管的发明及其实用性的研究为半导体和微电子产业的发展指明了方向，同时也为计算机的小型化和高速化奠定了基础。采用晶体管组件代替电子管成为第二代计算机的标志。

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1955年，贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC（见图1-7）。这台计算机装有800个晶体管，仅100W功率，占地也只有约0.085m3。

第三代：中、小规模集成电路计算机（20世纪60年代中期至20世纪70年代初）

1958年，美国物理学家基尔比（J.Kilby）和诺伊斯（N.Noyce）同时发明集成电路。图 1-8 所示为第一个集成电路。集成电路的问世催生了微电子产业，采用集成电路作为逻辑组件成为第三代计算机的最重要特征，微过程控制开始普及。

第三代计算机的杰出代表有IBM公司的IBM 360（见图1-9）及CRAY公司的巨型计算机CRAY-1（见图1-10）等。

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1964年，英特尔（Intel）公司的创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）以3页纸的短小篇幅，发表了一个奇特的理论。摩尔天才地预言：集成电路上能被集成的晶体管数目每18～24个月会翻一番，并在以后数十年内保持着这种势头。

摩尔的这个预言，因集成电路芯片后来的发展曲线得以证实，并在较长时期内保持着有效性，被人们称为“摩尔定律”。

第四代：大规模、超大规模集成电路计算机（20世纪70年代初至现在）

随着集成电路技术的迅速发展，采用大规模和超大规模集成电路及半导体存储器的第四代计算机开始进入社会的各个领域，计算机逐渐开始分化为通用大型机、巨型机、小型机和微型机。

1971年，因特尔公司发布了世界上第一个商业微处理器 4004（其中，第一个“4”表示它可以一次处理4位数据，第二个“4”表示它是这类芯片的第4种型号），如图1-11所示，每秒可执行6万次运算。在图1-12中，一个小于1.613cm2的集成电路就可以含有超过100万个电路元器件。

新一代计算机

新一代计算机过去习惯上被称为第五代计算机，是对第四代计算机以后的各种未来型计算机的总称。它能够最大限度地模拟人类大脑的机制，具有人的智能，能够进行图像识别、研究学习和联想等。

随着计算机科学技术和相关学科的发展，在不远的未来，研制成功新一代计算机的目标必定会实现。

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2010年1月27日，苹果公司在美国旧金山欧巴布也那艺术中心（Yerba Buena Center for the Arts）发布iPad平板电脑，如图1-13所示。iPad的定位介于苹果公司的智能手机iPhone和笔记本电脑产品之间，提供浏览互联网、收发电子邮件、观看电子书、播放音频或视频、玩游戏等功能。

阶段总结

计算机发展过程中，各阶段的特点如表1-1所列。

（3）计算机的发展趋势。回顾计算机的发展历程，不难看出计算机的发展趋势：现代计算机的发展正朝着巨型化、微型化的方向发展，计算机的传输和应用正朝着网络化、智能化的方向发展。如今计算机越来越广泛地应用于人们的工作、学习、生活中，对社会和生活起到不可估量的影响。图1-14所示为计算机发展的趋势图。

① 巨型化：指具有运算速度高、存储容量大、功能更完善等特点的计算机系统。

② 微型化：基于大规模和超大规模集成电路的飞速发展。

③ 网络化：计算机技术的发展已经离不开网络技术的发展。

④ 智能化：要求计算机具有人的智能，能够进行图像识别、定理证明、研究学习等。

2.计算机的分类

计算机种类很多，可以从不同的角度对计算机进行分类。按照计算机原理分类，可分为数字式电子计算机、模拟式电子计算机和混合式电子计算机；按照计算机用途分类，可分为通用计算机和专用计算机；按照计算机性能分类，可分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机六大类。