计算机的发展

计算机的发展

早在公元前5世纪，中国人就发明了算盘，并将其广泛应用于商业贸易中。算盘也被认为是最早的计算工具，一直使用至今。

算　盘

计算设备有了第二次重要的进步是在17世纪。1642年，法国人Blaise M Pascal发明了自动进位加法器，称为Pascalene。1694年，德国数学家Gottfried Wilhemvon Leibniz改进了Pascaline，使之可以计算乘法。后来，法国人Charles Xavier Thomas De Colmar发明了可以进行四则运算的计算器。

现代计算机的真正起源来自英国数学教授Charles Babbage。Charles Babbage发现通常的计算设备中有许多错误，在剑桥学习时，他认为可以利用蒸汽机进行运算。起先他设计差分机用于计算导航表，后来，他发现差分机只是专门用途的机器，于是放弃了原来的研究，开始设计包含现代计算机基本组成部分的分析机。

Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成，以今天的标准看也是非常原始的，然而，它勾画出现代通用计算机的基本功能部分，在概念上是一个突破。

在接下来的若干年中，许多工程师在另一些方面取得了重要的进步。美国人Herman Hollerith（1860～1929），根据提花织布机的原理发明了穿孔片计算机，并带入商业领域建立公司。

到目前为止，计算机的发展共经历了四个时代。

第一代电子管计算机（1945～1956）

世界上第一台大型计算机ENIAC

在第二次世界大战中，美国政府寻求计算机以开发潜在的战略价值。这促进了计算机的研究与发展。1944年霍华德·艾肯（1900～1973）研制出全电子计算器，为美国海军绘制弹道图。这台简称MarkⅠ的机器有半个足球场大，内含500英里的电线，使用电磁信号来移动机械部件，速度很慢（3～5秒一次计算）并且适应性很差，只用于专门领域，但是，它既可以执行基本算术运算也可以运算复杂的等式。

40年代中期，冯·诺依曼（1903～1957）参加了宾夕法尼亚大学的小组，1945年设计电子离散可变自动计算机EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer），将程序和数据以相同的格式一起储存在存储器中。这使得计算机可以在任意点暂停或继续工作，机器结构的关键部分是中央处理器，它使计算机所有功能通过单一的资源统一起来。

1946年2月14日，标志现代计算机诞生的ENIAC（The Electronic Numerical Integrator And Computer）在费城公诸于世。ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑，它通过不同部分之间的重新接线编程，还拥有并行计算能力。ENIAC由美国政府和宾夕法尼亚大学合作开发，使用了18000个电子管，70000个电阻器，有500万个焊接点，耗电160千瓦，其运算速度比MarkⅠ快1000倍，ENIAC是第一台普通用途计算机。

第二代晶体管计算机（1957～1964）

第二代晶体管计算机

1948年，晶体管发明代替了体积庞大电子管，电子设备的体积不断减小。1956年，晶体管在计算机中使用，晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。1960年，出现了一些成功地用在商业领域、大学和政府部门的第二代计算机。第二代计算机用晶体管代替电子管，还有现代计算机的一些部件：打印机、磁带、磁盘、内存、操作系统等。计算机中存储的程序使得计算机有很好的适应性，可以更有效地用于商业用途。在这一时期出现了更高级的COBOL和FORTRAN等语言，使计算机编程更容易。新的职业（程序员、分析员和计算机系统专家）和整个软件产业由此诞生。

第三代集成电路计算机（196～1972）

1958年美国德州仪器的工程师Jack Kilby发明了集成电路（IC），将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。更多的元件集成到单一的半导体芯片上，计算机变得更小，功耗更低，速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。

第三代集成电路计算机

从1960年到1964年，由于在计算机中采用了比电子管更先进的晶体管，所以我们将这段时期称为“晶体管计算机时代”。晶体管比电子管小得多，不需要暖机时间，消耗能量较少，处理更迅速、更可靠。第三代计算机的程序语言从机器语言发展到汇编语言。接着，高级语言FORTRAN语言和COBOL语言相继开发出来并被广泛使用。这时，开始使用磁盘和磁带作为辅助存储器。第二代计算机的体积和价格都下降了，使用的人也多起来了，计算机工业迅速发展。第三代计算机主要用于商业、大学教学和政府机关。

从1965年到1970年，集成电路被应用到计算机中来，因此这段时期被称为“中小规模集成电路计算机时代”。集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小，却包含了几千个晶体管元件。第三代计算机的特点是体积更小、价格更低、可靠性更高、计算速度更快。第三代计算机的代表是IBM公司花了50亿美元开发的IBM 360系列。

第四代大规模集成电路计算机（1972～现在）

大规模集成电路（LSI）可以在一个芯片上容纳几百个元件。到了80年代，超大规模集成电路（VLSI）在芯片上容纳了几十万个元件，后来的（ULSI）将数字扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件，使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。70年代中期，计算机制造商开始将计算机带给普通消费者，这时的小型机带有友好界面的软件包，供非专业人员使用的程序和最受欢迎的文字处理和电子表格程序。

第四代个人用电脑

1981年，IBM推出个人计算机（PC）用于家庭、办公室和学校。80年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌，微机的拥有量不断增加，计算机继续缩小体积。与IBM PC竞争的Apple Macintosh系列于1984年推出，Macintosh提供了友好的图形界面，用户可以用鼠标方便地操作。

从1971年到现在，被称之为“大规模集成电路计算机时代”。第四代计算机使用的元件依然是集成电路，不过，这种集成电路已经大大改善，它包含着几十万到上百万个晶体管，人们称之为大规模集成电路（Large Scale lntegrated Circuit，简称LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale lntegrated Circuit，简称VLSI）。

个人计算机PC（PersonaI Computer）的出现，标志着人们对计算机不再陌生，计算机开始深入到人类生活的各个方面。