计算机和信息技术的发展

1．信息与信息技术

（1）信息。信息是以适合于通信、存储或处理的形式来表示的知识或消息。

（2）信息的特性。

①可识别性。信息是可以识别的，识别又可分为直接识别和间接识别：直接识别是指通过感官的识别；间接识别是指通过各种测试手段的识别。不同的信息源有不同的识别方法。

②可存储性。信息是可以通过各种方法存储的。

③可扩充性。信息随着时间的变化将不断扩充。

④可压缩性。人们对信息进行加工、整理、概括、归纳就可使之精练，从而浓缩。

⑤可传递性。信息的可传递性是信息的本质特征。

⑥可转换性。信息可以由一种形态转换成另一种形态。

⑦特定范围有效性。信息在特定的范围内有效，否则无效。这是信息区别于物质和能量的特性。

（3）信息技术。信息技术（Information Technology，IT）是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称，主要指应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。

2．计算机的数学模型

现代计算机的基础是抽象的图灵机（Turing Machine），英国数学家A. M. Turing于1936年提出的一种理想的计算机器的数学模型。1936年，图灵发表了著名的《论应用于决定问题的可计算数字》一文，提出思考实验原理的计算机概念。他把人在计算时所做的工作分解成简单的规定动作，这样就把人的工作机械化了，这种理想中的机器被称为“图灵机”。

3．计算机的基本结构和工作方式

1944年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出计算机基本结构和工作方式的设想，为计算机的诞生和发展提供了理论基础。时至今日，尽管计算机软硬件技术飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破。冯·诺依曼理论的要点如下。

（1）计算机硬件设备由存储器、中央处理器、控制器、输入设备和输出设备五部分组成。

（2）存储程序思想：把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。

4．第一台计算机

人们公认的世界上第一台电子计算机是1946年2月问世的埃尼阿克（The Electronic Numerical Integrator and Calculator，ENIAC，电子数值积分计算机）。它是美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫奇莱教授和他的学生埃克特博士等人为计算弹道轨迹而研制成功的。

5．计算机的发展阶段

从1946年2月诞生至今，计算机的系统结构不断变化，应用领域不断拓展。人们根据计算机所用的电子器件的种类，习惯上将计算机的发展划为四个阶段（即四代）：电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模／超大规模集成电路。

1971年，由于大规模和超大规模集成电路的出现，计算机的核心部分可集成在一块或几块芯片上，从而出现微型计算机。

6．计算机的发展趋势

计算机的运算速度越来越快，体积越来越小，能源消耗越来越少，生产成本越来越低，但计算机的功能则越来越强，使用越来越方便。计算机的发展趋势可以归纳为微型化、巨型化、智能化、多媒体和网络化的方向。

计算机人工智能的研究建立在现代科学基础之上。智能化是计算机发展的一个重要方向，新一代计算机将可以模拟人的感觉行为和思维过程的机理，进行“看”、“听”、“说”、“想”、“做”等动作，具有逻辑推理、学习与证明的能力。计算机是否可以完全替代人的大脑的问题一直是理论界讨论的焦点，至今还未有定论。

正在研制的第五代计算机是一种非冯·诺依曼型计算机，它完全采用新的工作原理和体系结构。

7．计算机的主要特点

电子计算机是一种以高速进行操作、具有内部存储能力、有程序控制操作过程的自动电子装置。它运算速度快、精确度高，具有“记忆”和逻辑判断的能力，内部的操作运算都是自动控制运行的。其中，计算机的主要功能是可以实现高速运算。

8．计算机的应用领域

计算机的应用已渗透到社会的各行各业，正在改变传统的工作、学习和生活方式，推动社会的发展。计算机的主要应用领域有：科学计算（或数值计算）、数据处理、过程控制、辅助工程（办公自动化、生产自动化、数据库应用、网络应用、计算机模拟、计算机辅助教育）、人工智能（机器人、专家系统、模式识别、智能检索）。

9．计算机在中国的发展

我国计算机的发展可以归纳为以下几个典型阶段。①1956年开始计算机的科研和教学工作；②1960年第一台自行设计的通用电子计算机107机诞生；③1964年研制成功大型通用电子计算机119机；④1983年，每秒运行一亿次的“银河”巨型计算机在国防科技大学诞生；⑤1992年研制成功了每秒运行10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机；⑥1997年又研制成功了每秒运行130亿次的“银河Ⅲ”巨型计算机。

国家智能机中心与曙光公司于1997—1999年先后在市场上推出具有机群结构的曙光1000A，曙光2000-Ⅰ，曙光2000-Ⅱ超级服务器，峰值计算速度已突破每秒1000亿次浮点运算，机器规模已超过160个处理机，2000年推出每秒浮点运算速度3000亿次的曙光3000超级服务器。2004年上半年推出每秒浮点运算速度1万亿次的曙光4000超级服务器。

2008年8月26日，由中国科学院计算技术研究所、曙光信息产业有限公司自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光5000”近日研制成功。这标志着中国成为继美国之后第二个能制造和应用超百万亿次商用高性能计算机的国家，也表明我国生产、应用、维护高性能计算机的能力达到了世界先进水平。“曙光5000”系统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运算，LINPACK运算速度超过每秒160万亿次浮点运算，是目前国内速度最快的商用高性能计算机系统。除了超强计算能力，它还拥有全自主、超高密度、超高性价比、超低功耗以及超广泛应用等特点。

1993年7月，国家提出了“三金工程”，即“金桥”、“金卡”、“金关”工程。“金桥”工程又称经济信息通信网工程，它是建设国家公用经济信息通信网、实现国民经济信息化的基础设施。这项工程的建设，对于提高我国宏观经济调控和决策水平以及提供信息资源共享、推动信息服务业的发展，都具有十分重要的意义。“金卡”工程又称为海关网工程，其目标是推广电子数据交换（EDI）技术，以实现货物通关自动化、国际贸易无纸化。“金关”工程又称电子货币工程，它是借以实现金融电子化和商业流通现代化的必要手段。

10．计算机发展史上的重要人物

（1）布莱士·帕斯卡（Blaise Pascal，1623—1662年）。法国科学家，被公认为是制造出机械计算机的第一人。帕斯卡加法器是由齿轮组成的装置，靠发条驱动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。

（2）莱布尼茨（G. Leibnitz，1646—1716年）。德国数学家，他发明了“乘法器”，该机器由一系列齿轮组成，基本原理继承于帕斯卡，但多了一个“步进轮”装置。它能够连续重复地做加法减法，从而实现了乘除运算。

（3）巴贝奇（C. Babbage，1792—1871年）。英国剑桥大学科学家，他设计的“分析机”有齿轮式“存贮仓库”（Store）和“运算室”即“作坊”（Mill）、“控制器”、输入和输出部件。首次提出了类似于现代计算机五大部件的逻辑结构。

（4）阿达·奥古斯塔（Augusta Ada Lovelace，1815—1851年）——第一个写软件的人。英国数学家，拜伦的女儿，穿孔机程序创始人，建立了循环和子程序概念，为计算程序拟定“算法”。1860年她尝试为机械式计算机写软件。尽管努力失败了，但她的名字永远载入了计算机发展的史册，被认为“第一个给计算机写程序的人”。

（5）香农（C. Shannon，1916—2001年）。美国数学家，1938年撰写了《继电器和开关电路的分析》，创立了开关电路理论。把二进制0和1与运用以脉冲方式处理信息的继电器开关相对应，从理论到技术改变了数字电路的设计方向，在现代数字计算机史上具有划时代的意义。

（6）华罗庚（1910—1985年）和我国第一个计算机科研小组。华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一。当冯·诺依曼开创性地提出并着手设计存储程序通用电子计算机EDVAC时，正在美国Princeton大学工作的华罗庚教授参观过他的实验室，并经常与他讨论有关学术问题。华罗庚教授1950年回国，1952年在全国大学院系调整时，他从清华大学电机系物色了闵乃大、夏培肃和王传英三位科研人员在他任所长的中国科学院数学所内建立了中国第一个电子计算机科研小组。1956年筹建中科院计算技术研究所时，华罗庚教授担任筹备委员会主任。

（7）慈云桂（1917—1990年）——中国巨型机之父。1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算达1亿次以上的计算机——“银河”在长沙研制成功，其设计主持人为两院院士慈云桂教授。慈云桂教授也被称为中国巨型机之父。

（8）王选（1937—2006年）。中国科学院院士、中国工程院院士、第三世界科学院院士。是汉字激光照排系统的创始人，他所领导的科研集体研制出的汉字激光照排系统为新闻、出版全过程的计算机化奠定了基础，被誉为“汉字印刷术的第二次发明”。1987年获得我国首次设立的印刷界个人最高荣誉奖——毕昇奖，被誉为“当代毕昇”。

（9）姚期智（Andrew Chi-Chih Yao，1946—　）。世界著名计算机学家，2000年图灵奖得主，美国科学院院士，美国科学与艺术学院院士，中国科学院外籍院士，清华大学高等研究中心教授。1967年获得台湾大学物理学士学位，1972年获得美国哈佛大学物理博士学位，1975年获得美国伊利诺依大学计算机科学博士学位。1975—1986年曾先后在美国麻省理工学院数学系、斯坦福大学计算机系、加利福尼亚大学伯克利分校计算机系任助教授、教授。1986—2004年在普林斯顿大学计算机科学系担任William and Edna Macaleer工程与应用科学教授。2004年起在清华大学任全职教授。