1.1　概述

1.1.1　計算機的發展

一般認為，世界上第一臺數字式電子計算機誕生于1946年2月，它是由美國賓夕法尼亞大學物理學家莫克利（J.Mauchly）和工程師埃克特（J.P.Eckert）等人共同開發的電子數值積分計算機（Electronic Numerical Integrator And Calculator，ENIAC）。

ENIAC體積非常龐大，其占地面積為170m2，總重量達30t，如圖1-1所示。機器中約有18800只電子管、1500個繼電器、70000只電阻以及其他各種電氣元件，功耗約為140kW。這樣一臺“巨大”的計算機每秒鐘可以進行5000次加減運算，相當于手工計算的20萬倍、機電式計算機的1000倍。這臺計算機的功能雖然無法與今天的計算機相比，但它的誕生卻是科學技術發展史上一次意義重大的事件，展現出新技術革命的曙光。

ENIAC雖是第一臺正式投入運行的電子計算機，但它并不具備現代計算機“存儲程序”的思想。由于其結構設計不夠彈性化，導致對它的每一次再編程都意味著電氣物理線路的再連接。ENIAC的開發小組針對其缺陷又進一步完善了設計。1946年6月，馮·諾依曼博士發表了《電子計算機裝置邏輯結構初探》論文，并設計出第一臺“存儲程序”的離散變量自動電子計算機（The Electronic Discrete Variable Automatic Computer，EDVAC），于1952年正式投入運行，其運算速度是ENIAC的240倍。馮·諾依曼提出的EDVAC計算機結構為人們普遍接受，并成為當今所有計算機的基礎結構。

1.計算機的發展歷程

ENIAC誕生至今半個多世紀以來，計算機獲得了突飛猛進的發展。人們依據計算機性能和當時的軟硬件技術，將計算機的發展劃分成以下4個階段，如表1-1所示。

續表

從20世紀80年代開始，日本、美國以及歐盟都相繼開展了對新一代計算機的研究。新一代計算機是把信息采集、存儲、處理、通信和人工智能結合在一起的計算機系統，它不僅能進行一般的信息處理，而且能面向知識處理，具有形式推理、聯想、學習和解釋能力，能幫助人類開拓未知的領域和獲取新的知識。

2.計算機的發展趨勢

計算機技術一直保持著高速發展的趨勢，在21世紀，不斷地有越來越多被世人矚目的新產品研發出來，計算機的發展越來越向功能巨型化、體積微型化、資源網絡化和處理智能化方向發展。

（1）功能巨型化

功能巨型化是指具有高速運算能力、大存儲容量和強功能的巨型計算機。其運算能力一般在每秒百億次以上、內存容量在幾千兆字節以上。巨型計算機主要用于尖端科學技術和軍事國防系統的研究開發。

（2）體積微型化

微型計算機已應用于不同種類的小型儀器設備，作為工業控制過程的心臟，使儀器設備實現“智能化”是微型計算機的特點。隨著微電子技術的進一步發展，筆記本型、掌上型等微型計算機必將以更優的性價比受到人們的歡迎。

（3）資源網絡化

資源網絡化是指利用通信技術和計算機技術，把分布在不同地點的計算機互聯起來，按照網絡協議相互通信，以達到所有用戶都可共享軟件、硬件和數據資源的目的。現在，計算機網絡在各行各業中都得到了廣泛的應用。

目前開發的三網合一系統工程，便是將計算機網、電信網、有線電視網合為一體。用戶通過網絡能更好地傳送數據、文本資料、聲音、圖形和圖像，可隨時隨地在全世界范圍撥打可視電話或收看任意國家的電視和電影。

（4）處理智能化

處理智能化是計算機發展的一個重要方向，新一代計算機將可以模擬人的感覺行為和思維過程的機理，進行“看”“聽”“說”“想”“做”，具有邏輯推理、學習與證明的能力。

展望未來，計算機的發展必然要經歷很多新的突破。從目前的發展趨勢來看，未來的計算機將是微電子技術、光學技術、超導技術和電子仿生技術相互結合的產物。第一臺超高速全光數字計算機，已由英國、法國、德國、意大利和比利時等國的70多名科學家和工程師合作研制成功，光子計算機的運算速度比電子計算機快1000倍。在不久的將來，超導計算機、神經網絡計算機等全新的計算機也會誕生。屆時，計算機將發展到一個更高、更先進的水平。

3.計算機的分類

計算機發展到今天，已是琳瑯滿目、種類繁多，并表現出各自不同的特點。可以從不同的角度對計算機進行分類。

（1）按數據類型分類

電子計算機可分為數字計算機、模擬計算機和數模混合計算機3種。在數字計算機中，所處理的數據都是以“0”“1”數字代碼的數據形式來表示，這些數據在時間上是離散的，稱為數字量，經過算術與邏輯運算后仍以數字量的形式輸出；在模擬計算機中，要處理的數據都是以電壓或電流量等的大小來表示，這些數據在時間上是連續的，稱為模擬量，處理后仍以連續的數據（圖形或圖表形式）輸出；在混合計算機中，要處理的數據用數字與模擬兩種數據形式混合表示，它既能處理數字量，又能處理模擬量，并具有在數字量和模擬量之間相互轉換的能力。目前的電子計算機絕大多數都是數字計算機。

（2）按元件分類

電子計算機可分為電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機和大規模集成電路計算機等。隨著計算機的發展，電子元件也在不斷更新，將來的計算機將發展成為利用超導電子元件的超導計算機，利用光學器件及光路代替電子器件電路的光學計算機，利用某些有機化合物作為元件的生物計算機等。

（3）按規模分類

電子計算機可分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機等。“規模”主要是指計算機所配置的設備數量、輸入輸出量、存儲量和處理速度等多方面的綜合規模能力。

（4）按用途分類

電子計算機可分為通用計算機和專用計算機兩種。通用計算機的用途廣泛，可以完成不同的應用任務，個人計算機就是典型的通用計算機；專用計算機是為完成某些特定任務而專門設計研制的計算機，用途相對單一，結構較簡單，工作效率也較高，像銀行取款機、電信資費查詢機等都屬于專用計算機。