1.1.3　计算机的诞生与发展历程

计算机诞生至今，以惊人的速度发展着，首先是晶体管取代了电子管，继而是微电子技术的发展，使得计算机处理器和存储器上的元件越来越小，数量却越来越多。计算机的运算速度和存储容量迅速增加，各方面的功能也越来越强大。随着计算机的微型化和网络化，计算机已渗透到了人们生活中的各个领域，被普遍地应用到科学技术、文化教育、工农业生产、国防建设以及日常生活中，有力地推动了信息社会的发展。计算机作为获取、加工、存储、处理与管理信息的工具，已成为21世纪人们重要的生活、工作工具。

1.计算机的诞生

在20世纪40年代，由于当时进行的第二次世界大战亟须高速准确的计算工具来解决弹道计算问题，因此，在美国陆军部的主持下，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的莫克利（Mauchly）、艾克特（Eckert）等人于1946年设计并制造了世界上第一台电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator and Calculator，ENIAC）供美国军方使用，如图1-1所示。

ENIAC的功能在当时是出类拔萃的，与手工计算机相比速度得到了极大的提升。但ENIAC也存在着明显的缺点，如体积庞大、耗电量大、字长短、不能存储程序、编程困难等。这些缺点极大地限制了机器的运行速度，急需更合理的结构设计。随后，数学家冯·诺依曼（John von Neumann）在新型计算机的研制过程中，提出了一种全新的存储程序式通用电子计算机设计方案，即现在所称的“冯·诺依曼型”计算机。从此，计算机从实验室研制阶段进入工业化生产阶段，其功能从科学计算扩展到数据处理，计算机产业化趋势开始形成。

2.计算机的发展历程

以计算机物理器件的变革作为标志，可以将计算机的发展划分为4个重要的发展阶段。

第一阶段（1946—1957年）为电子管计算机时代，计算机应用的主要逻辑元件是电子管。电子管计算机的特点是：体积庞大、运算速度低（一般每秒几千次到几万次）、成本高、可靠性差、内存容量小。这一时期的计算机主要用于科学计算，被应用于军事和科学研究工作。其代表机型有ENIAC、IBM 650（小型机）、IBM 709（大型机）等。

第二阶段（1958—1964年）为晶体管计算机时代，计算机应用的主要逻辑元件是晶体管。晶体管计算机的应用被扩展到数据处理、自动控制等方面。计算机的运算速度已提高到每秒几十万次，体积已大大减小，可靠性和内存容量也有较大的提高。其代表机型有IBM 7090、IBM 7094、CDC 7600等。

第三阶段（1965—1970年）为集成电路计算机时代，计算机的主要逻辑元件是集成电路。计算机的运算速度提高到了每秒几十万次到几百万次，可靠性和存储容量进一步提高。这一时期的计算机外围设备种类繁多，计算机和通信密切结合起来，广泛地应用到科学计算、数据处理、事务管理、工业控制等领域。其代表机型有IBM 360系列、富士通F230系列等。

第四阶段（1971年至今）为大规模和超大规模集成电路计算机时代，计算机的主要逻辑元件是大规模和超大规模集成电路。计算机的运算速度可达到每秒上千万次到亿万次。计算机的存储容量和可靠性有了很大提高，功能更加完备。计算机的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型机和微型机（个人计算机）两个方向发展。计算机已经进入办公室、学校和家庭。

从计算机工作原理来看，以上4代计算机都是基于数学家冯·诺依曼提出的“存储程序”的思想：将程序和数据以二进制数的形式预先存储在计算机的存储器中，执行程序时，计算机从存储器中逐条取出指令进行相应操作，完成数据的计算处理和输入/输出。这种“存储程序”的思想是计算机科学发展历史上的里程碑，对于计算机科学的发展具有根本性的指导意义，所以通常将基于这一原理的计算机称为冯·诺依曼型计算机。