計(jì)算機(jī)發(fā)展史

計(jì)算機(jī)發(fā)展史，是介紹計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史。計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史可分為1854年－1890年、1890年－20世紀(jì)早期、20世紀(jì)中期、20世紀(jì)晚期－現(xiàn)在，四個(gè)階段。

計(jì)算機(jī)發(fā)展史

1946年2月14日，在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)，世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC。

計(jì)算機(jī)(Computer)是一種具有圖形、語(yǔ)言、程序設(shè)計(jì)、編碼等多種功能的計(jì)算機(jī)。最早出現(xiàn)于公元前1000多年的希臘，后經(jīng)美國(guó)傳入歐洲。至20世紀(jì)初，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算能力的提高，又出現(xiàn)了新的芯片組。而今天的計(jì)算機(jī)更是具有劃時(shí)代意義和革命性。它從最初由微型 CPU發(fā)展而來的微處理器和存儲(chǔ)器，再發(fā)展為數(shù)字信號(hào)處理和控制系統(tǒng)。從簡(jiǎn)單數(shù)字芯片發(fā)展到并行集成電路；計(jì)算機(jī)從處理器延伸出微型電腦（微型）、移動(dòng)終端等新型計(jì)算機(jī)；而計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)90年代開始蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀人才和新型器件廠商?，F(xiàn)在全球90%以上的信息是由電腦組成的。

1.微處理器

微處理器(Intel Power Machine),是微處理器，由微控制器(MCU)和執(zhí)行單元(FPU)組成。微處理器(Micro-Machine)是指一種尺寸不超過2 MB的半導(dǎo)體集成電路，是以晶體管為核心而設(shè)計(jì)的微處理器。微處理器是一種微處理器由高速內(nèi)核、高速緩存、存儲(chǔ)器、邏輯控制器和外圍接口等部分組成。CPU的工作過程可以看成是對(duì)集成電路完成功能單元（晶體管）進(jìn)行處理的過程。芯片組）是由很多個(gè)邏輯元件按照一定形式排列組成的芯片板基片（一般是一個(gè)或多個(gè)）。每個(gè)邏輯元件根據(jù)其組合進(jìn)行各種運(yùn)算（稱為指令）時(shí)所需要的硬件單元就像一個(gè)小盒子樣的單元構(gòu)成了電路中的每一部分?？梢杂脕砜刂撇煌布g相互進(jìn)行通信而不發(fā)生相互干擾等問題。所以微處理器是有嚴(yán)格規(guī)定的尺寸和數(shù)量有限的芯片單元結(jié)合在一起構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成電路（包括微處理器和存儲(chǔ)器）中所使用的集成電路一般也稱為集成電路【design集成電路/芯片】是指在半導(dǎo)體（化合物）晶體管、功能控制器(MCU)、邏輯控制器與驅(qū)動(dòng)電路（驅(qū)動(dòng)器）之間形成一個(gè)有機(jī)整體的集成電路產(chǎn)品。它可按需要將各種功能單元整合成一個(gè)大的系統(tǒng)芯片。芯片組又稱微系統(tǒng)或微控制器；其主要作用是通過設(shè)計(jì)制造集成電路中元件來實(shí)現(xiàn)某種功能；微處理器是以微小的集成電路為核心元件而構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中微處理器部分單元或器件系統(tǒng)模塊）以構(gòu)成集成電路組件等組成。微系統(tǒng)可以分成兩大類：以電路為單元構(gòu)成的微電子系統(tǒng)；以計(jì)算機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)處理功能的系統(tǒng)；以微處理器為基礎(chǔ)形成的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片組與整機(jī)分開的產(chǎn)業(yè)形態(tài)。主要產(chǎn)品有微型計(jì)算機(jī)、微處理器、數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)以及通信器件等。微處理器是計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)一個(gè)重要組成部分。其性能明顯優(yōu)于 PC和其他傳統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)品。今天微芯片廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、微電子產(chǎn)品、通訊電源、消費(fèi)電子、汽車、航空航天、生物制藥

2.存儲(chǔ)器

上世紀(jì)80年代末, IBM開始采用 CMOS存儲(chǔ)器，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)中最主流的存儲(chǔ)器之一，它的存取速度快、成本低、可靠性高。此外還有許多其他方面的優(yōu)勢(shì)：體積小、重量輕、易攜帶等。存儲(chǔ)器也是目前全世界最流行的電子產(chǎn)品之一，是電子產(chǎn)品的主要載體之一。而早期存儲(chǔ)介質(zhì)是晶體管。它的原理是晶體管按二進(jìn)制依次排列起來，每一個(gè)晶體管對(duì)應(yīng)一個(gè)“單元”，由一個(gè)二進(jìn)制單位（英文）表示成1個(gè)位。每一位二進(jìn)制一位等于兩位。在芯片的一面刻有該二進(jìn)制位碼字符（或字符),表示該二進(jìn)制位數(shù)的字符組（或符號(hào)）或組；或者一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)組成。例如1和0代表一個(gè)0或1,2代表兩個(gè)單位等符號(hào),1-10代表多個(gè)字符等價(jià)于0或1這些符號(hào)是0到1這樣兩個(gè)數(shù)字1后面就是0后面數(shù)字“0”和一個(gè)空。同時(shí)它又有很多符號(hào)組成表示這一個(gè)字符就是1?，F(xiàn)在存儲(chǔ)介質(zhì)主要有: SD卡、 DVD、 CD、電腦內(nèi)存、打印機(jī)等；而現(xiàn)在使用的電腦就是存儲(chǔ)介質(zhì)之一——存儲(chǔ)器。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步、集成電路的廣泛應(yīng)用、存儲(chǔ)器密度越來越高等因素的影響，現(xiàn)在所有大型存儲(chǔ)器（比如64位主機(jī)及其相關(guān)設(shè)備等）都采用 NOR存儲(chǔ)技術(shù)和 QLC技術(shù)制造而成；存儲(chǔ)介質(zhì)容量越來越大更高（如 DRAM、 NAND Flash等）、內(nèi)存（megaNRAID2閃存）也應(yīng)運(yùn)而生！而集成電路在未來將取代所有的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器的應(yīng)用趨勢(shì)是：數(shù)字存儲(chǔ)和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理及管理處理與軟件定義存儲(chǔ)等多種新技術(shù)的融合成為一種趨勢(shì)。存儲(chǔ)器也逐漸發(fā)展起來并進(jìn)入了消費(fèi)電子市場(chǎng)（目前在中國(guó)智能手機(jī)中應(yīng)用相對(duì)較多了),而隨著信息設(shè)備和軟件技術(shù)更迭速度的加快讓人們已經(jīng)意識(shí)到存儲(chǔ)已成為計(jì)算機(jī)中不可或缺的一部分。

3.模擬電子計(jì)算機(jī)

模擬電子計(jì)算機(jī)是利用電學(xué)原理，模擬電子元器件發(fā)出的電信號(hào)，利用電路原理和數(shù)字處理技術(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，完成信息處理、信息存儲(chǔ)和傳遞，并能處理語(yǔ)言編寫和數(shù)字處理軟件編程等功能，還可用于控制計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。模擬電子計(jì)算機(jī)，是一種采用信號(hào)處理方法進(jìn)行處理的電子儀器，主要包括有電子管、晶體管、電容、電感、電阻、電容器、晶體管等電子元件。模擬器件主要有電容式、電感、二極管、電阻、三極管、熱敏電阻、電容、電阻器等類型，常用材料有金、銀等。其中電阻和電容是最常用的元件之一。這些器件可分為單極性電容和雙極性電容兩種（有些不存在）。雙極性電容又稱電容式芯片(Electromagnetic electronics)或半導(dǎo)體硅材料(SiC)傳感器，由表面和極性電容(microchannel-eincholic)構(gòu)成，用于對(duì)電源等外界信號(hào)進(jìn)行處理，它是一種器件結(jié)構(gòu)式集成芯片，一般是指兩個(gè)或多個(gè)硅晶體(SiC)芯片。由于半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展，集成電路從微不足道發(fā)展到現(xiàn)在也就是1-5千克到十幾萬甚至幾百萬到幾十億這樣巨大的規(guī)模了。

隨著芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們也逐漸意識(shí)到了這一點(diǎn)。例如在過去，我們需要依靠計(jì)算器來完成計(jì)算和存儲(chǔ)的任務(wù)。但在不久之后，它將成為現(xiàn)實(shí)：可以通過芯片來存儲(chǔ)、計(jì)算和通信數(shù)據(jù)。也就是說，未來計(jì)算機(jī)的基本功能就是把信息從物理世界轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中來，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)將與現(xiàn)實(shí)世界緊密相連。因此，未來計(jì)算機(jī)將以信息技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展重點(diǎn)，同時(shí)在設(shè)計(jì)上又能滿足未來工作和生活需求的專用設(shè)備也是有很大的發(fā)展空間的。同時(shí)我們還需要在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面也能有所突破。這意味著人類正在逐步實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)畢竟只是計(jì)算機(jī)。只有適應(yīng)了科技進(jìn)步才有可能實(shí)現(xiàn)它所要達(dá)到的目標(biāo)；而我們需要根據(jù)現(xiàn)代的社會(huì)發(fā)展和對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展來不斷實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

 第一臺(tái)計(jì)算機(jī)

?？颂?/span>、莫克利、戈?duì)査固?、博克斯組成。1946年這臺(tái)計(jì)算機(jī)主要元器件采用的是電子管。該機(jī)使用了1500個(gè)繼電器，18800個(gè)電子管，占地170m，重量達(dá)30多噸，耗電150KW，造價(jià)48萬美元。這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒能完成5000次加法運(yùn)算，400次乘法運(yùn)算，比當(dāng)時(shí)最快的計(jì)算工具快300倍，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬倍。用今天的標(biāo)準(zhǔn)看，它是那樣的“笨拙”和“低級(jí)”，其功能遠(yuǎn)不如一只掌上可編程計(jì)算器，但它使科學(xué)家們從復(fù)雜的計(jì)算中解脫出來，它的誕生標(biāo)志著人類進(jìn)入了一個(gè)嶄新的信息革命時(shí)代。

第一代

電子管計(jì)算機(jī)（1946-1957）這一階段計(jì)算機(jī)的主要特征是采用電子管元件作基本器件，用光屏管或汞延時(shí)

電路作存儲(chǔ)器，輸入域輸出主要采用穿孔卡片或紙帶，體積大、耗電量大、速度慢、存儲(chǔ)容量小、可靠性差、維護(hù)困難且價(jià)格昂貴。在軟件上，通常使用機(jī)器語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言；來編寫應(yīng)用程序，因此這一時(shí)代的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。

第二代

晶體管計(jì)算機(jī)（1958-1964）20世紀(jì)50年代中期，晶體管的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)生產(chǎn)技術(shù)得到了根本性的發(fā)展，由晶體管代替電子管作為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)器件，用磁芯或磁鼓作存儲(chǔ)器，在整體性能上，比第一代計(jì)算機(jī)有了很大的提高。同時(shí)程序語(yǔ)言也相應(yīng)的出現(xiàn)了，如Fortran，Cobol，Algo160等計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。晶體管計(jì)算機(jī)被用于科學(xué)計(jì)算的同時(shí)，也開始在數(shù)據(jù)處理、過程控制方面得到應(yīng)用。

第三代

中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1971）20世紀(jì)60年代中期，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，成功制造了集成電路。中小規(guī)模集成電路成為計(jì)算機(jī)的主要部件，主存儲(chǔ)器也漸漸過渡到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，使計(jì)算機(jī)的體積更小，大大降低了計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)的功耗，由于減少了焊點(diǎn)和接插件，進(jìn)一步提高了計(jì)算機(jī)的可靠性。在軟件方面，有了標(biāo)準(zhǔn)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和人機(jī)會(huì)話式的Basic語(yǔ)言，其應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步擴(kuò)大。

第四代

大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-2014）隨著大規(guī)模集成電路的成功制作并用于計(jì)算機(jī)硬件生產(chǎn)過程，計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，性能進(jìn)一步提高。集成更高的大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為內(nèi)存儲(chǔ)器，發(fā)展了并行技術(shù)和多機(jī)系統(tǒng)，出現(xiàn)了精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC），軟件系統(tǒng)工程化、理論化，程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化。微型計(jì)算機(jī)在社會(huì)上的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，幾乎所有領(lǐng)域都能看到計(jì)算機(jī)的“身影”。

第五代

第五代計(jì)算機(jī)指具有人工智能的新一代計(jì)算機(jī)，它具有推理、聯(lián)想、判斷、決策、學(xué)習(xí)等功能。計(jì)算機(jī)的發(fā)展將在什么時(shí)候進(jìn)入第五代？什么是第五代計(jì)算機(jī)？對(duì)于這樣的問題，已經(jīng)有一個(gè)明確統(tǒng)一的說法了。IBM發(fā)表聲明稱，該公司已經(jīng)研制出一款能夠模擬人腦神經(jīng)元、突觸功能以及其他腦功能的微芯片，從而完成計(jì)算功能，這是模擬人腦芯片領(lǐng)域所取得的又一大進(jìn)展。IBM表示，這款微芯片擅長(zhǎng)完成模式識(shí)別和物體分類等繁瑣任務(wù)，而且功耗還遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)硬件。

值得注意的是，它并非想要用新的芯片取代原有的計(jì)算機(jī)芯片。IBM在其網(wǎng)站上介紹，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)關(guān)注語(yǔ)言和分析思考，而神經(jīng)突觸核心能夠解決感知和形狀識(shí)別的問題，它們分別像人類的左腦和右腦一樣；而IBM接下來想要做的，就是讓“左腦”和“右腦”連接起來合作，形成一種新的“整體計(jì)算智能”。從這個(gè)說法上來看，傳統(tǒng)的芯片擅長(zhǎng)大量的符號(hào)運(yùn)算和數(shù)字處理，而神經(jīng)突觸核心的優(yōu)勢(shì)在于多感官和實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)處理。比如，Modha曾經(jīng)表示，團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種頭戴設(shè)備，能夠幫助盲人感知外部環(huán)境；而這一次IBM稱，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，這種芯片可以在錄像片段中檢測(cè)人、汽車、卡車和公共汽車，并識(shí)別出了它們。這其實(shí)就是依靠神經(jīng)突觸核心來完成的。

但有一點(diǎn)可以肯定，在現(xiàn)在的智能社會(huì)中，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)會(huì)三位一體化。新世紀(jì)的計(jì)算機(jī)將把人從重復(fù)、枯燥的信息處理中解脫出來，從而改變我們的工作、生活和學(xué)習(xí)方式，給人類和社會(huì)拓展了更大的生存和發(fā)展空間。當(dāng)歷史的車輪駛?cè)攵皇兰o(jì)時(shí)，我們會(huì)面對(duì)各種各樣的未來計(jì)算機(jī)。