1.2.1 計算機產生和發展

1.計算機的產生

計算機是一種具有快速計算和邏輯運算能力，依據一定程序自動處理信息，存儲并且輸出處理結果的電子設備。

電子計算機的發明人是阿塔那索夫（J. V. Atanasoff）和他的研究生貝瑞（C. Berry）在1941年發明制造了名為ABC（Atanasoff-Berry Computer）的電子計算機。1946年2月，具有盛名和極大影響的電子計算機ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator），即“電子數字積分與計算機”，在美國賓夕法尼亞大學誕生。

ENIAC是世界上第一臺采用電子管為主要元件的、真正能自動運行的電子計算機。它使用了18800個電子管，占地170平方米，重達30噸，耗電140千瓦，價格為40多萬美元。它最初被專門用于軍事上的彈道計算，后來經過多次改進，成為能進行各種科學計算的通用電子計算機。從誕生到結束使用歷經了9年多時間。

盡管ENIAC存在許多缺陷，每秒只能進行5000次加法或減法運算，其功能遠不如當今的計算機，但是它作為計算機家族的鼻祖，開辟了人類科學技術領域的先河。

2.計算機的發展

電子計算機的發展階段通常以構成計算機的電子器件來劃分，至今已經歷了五個發展階段。每一個發展階段在技術上都是一次新的突破，在性能上都是一次質的飛躍。

第一階段：電子管計算機階段（1946—1957年）。其主要特點是采用電子管作為基本器件，以水銀延時線作為主存，后期則采用了磁芯存儲器；運算速度一般每秒數千次至數萬次，內存容量僅幾千字節，程序設計語言處于最低階段，只能采用二進制表示的機器語言編程，后階段采用匯編語言進行程序設計。由于體積大、耗電多、速度低、使用不便，主要是局限于一些軍事和科研部門進行科學計算。

第二階段：晶體管計算機階段（1958—1962年）。其主要特點是采用晶體管作為基本器件，內存儲器大量使用磁芯存儲器，外存儲器有磁盤和磁帶等，運算速度提高到每秒幾十萬次，內存容量擴大到幾十萬字節，出現了諸如ALGOL60，FORTRAN，COBOL等高級程序設計語言。與電子管計算機相比，體積小、耗電少、成本低、使用方便、可靠性高。它的應用從軍事研究、科學計算擴大到數據處理、工業過程控制等領域，并開始進入商業市場。

第三階段：集成電路計算機（1963—1970年）。其主要特點是采用了小規模集成電路SSI（Small Scale Integration）和中規模集成電路MSI（Medium Scale Integration），內存儲器開始使用性能更好的半導體存儲器，運算速度提高到每秒幾千次到幾百萬次基本運算。同時，計算機軟件技術進一步發展，操作系統正式形成，并出現多種高級程序設計語言，如BASIC等。在性能方面與前一階段相比都有較大的提高。它被廣泛應用于科學計算、數據處理、工業控制等方面，進入眾多的學科領域。

第四階段：大規模集成電路計算機（1971—1995年）。其主要特點是采用了大規模集成電路LSI（Large Scale Integration）和超大規模集成電路，運算速度提高到每秒百千萬次，甚至上億次，存儲容量發展到幾千兆字節，存取速度大大加快。同時操作系統、數據庫管理系統等系統軟件不斷完善，應用軟件逐漸發展成為一個現代產業。計算機技術和通信技術相結合，使計算機的發展進入了以計算機網絡為特征的時代。計算機的應用已滲透到人類社會生活的各個方面。

第五階段：人工智能計算機（1995年至今）。其主要特征為人工智能在計算機中的運用，運算速度和存儲容量大大提高，主要用于支持知識庫的智能計算機、神經網絡計算機和生物計算機等。新一代計算機主要是把信息采集、存儲、處理、通信和人工智能結合在一起的智能計算機，它以知識庫為基礎，采用智能接口，能理解人類自然語言，能進行邏輯推理，完成判斷和決策任務。毫無疑問，隨著超大規模集成電路的發展以及新的計算機體系結構和軟件技術的發展，第五代計算機將是完全新型的一代計算機。

3.微機的發展概況

微機是指以微處理器為核心，配上內存儲器（包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM）、輸入/輸出接口電路及其他相應的電路而構成的裸機。微機的發展是以微處理器的發展為特征的。微處理器是指由一片大規模集成電路組成的中央處理器（CPU，即通常所指的運算器和控制器），以及時鐘脈沖發生器和系統控制器。

微處理器和微機自1971年問世以來，在僅三十幾年的時間里得到異乎尋常的發展，大約每2～4年就更新換代一次，至今已經歷了五代演變。通常我們是按CPU的字長和功能來劃分各代微機的產品。由4位或8位低檔微處理器，字長為4位或8位發展到64位微處理器，即人們習慣稱其為586（Pentium，奔騰）處理器。以后又推出了PentiumPro（多能奔騰），幾個月后又推出了基于MMX技術的全系列CPU，MMX就是多媒體擴展的意思。使微機在處理多媒體信息上有了很大的提高，

1999年，出現了以PentiumIII為處理器的微機，內存一般為64MB、128MB，并可擴充到256MB以上，配備了軟驅、光驅和幾個GB到幾十個GB的硬盤，主頻在450MHz到1000MHz不等。這一代計算機帶有更強的多媒體效果，而且支持網絡應用的功能更加強大。2000年末，出現了以PentiumⅣ為處理器的新一代微機，其運算速度更快、存儲容量更大、處理能力更強。

隨著因特網功能增強，有的微機開始注重上網功能，即機器只要具有優秀的上網功能，而不一定需要配備高性能的處理器、大容量硬盤，這使得個人計算機向另外一個方向發展，出現了“上網本”。另一個值得關注的趨勢是，筆記本電腦和智能手機相互融合，產生出了新型的“平板電腦”。例如蘋果公司發布了蘋果iPad；RIM公司發布了黑莓PlayBook。

4.嵌入式系統

隨著微控制器的大規模的嵌入式應用，嵌入式系統遍及各行各業，得到廣泛應用。

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般包括嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統、特定的應用程序等幾個部分。

以信息家電為主要應用領域的嵌入式產品，有十分美好的應用前景，但由于網絡和多媒體技術的迅速發展，對其提出更高要求：十分靈活的網絡聯接；包括與移動通信相適應的信息交換；快速的多媒體信息處理；微型化的體積和較高的功能密度等。

嵌入式系統發展的趨勢主要有以下幾點：嵌入式處理器向64位過渡；嵌入式Linux操作系統；聯網成為必然趨勢；微小尺寸、微功耗和低成本；提供精巧的多媒體人機界面。

5.超級計算機

超級計算機通常是指由數百數千甚至更多的處理器（機）組成、性能極其強大、能完成普通PC和服務器不能完成的大型復雜計算的計算機。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，多用于國家高科技領域和尖端技術研究，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標志。

作為高科技發展的要素，超級計算機已經成為世界各國經濟和國防方面的競爭利器。經過我國科技工作者幾十年的不懈努力，我國的高性能計算機研制水平顯著提高，成為繼美國、日本之后的第三大高性能計算機研制生產國。