計算機(jī)的發(fā)展概述
世界上第yi臺電子計算機(jī)于1946年2月在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，取名為ENIAC（讀作“埃尼克”），即Electronic Numerical Internal And Calculator的縮寫。電子計算機(jī)的產(chǎn)生和迅速發(fā)展是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)zui偉大的成就之一。自1946年美國研制的第yi臺電子計算機(jī)ENIAC以來，在半個世紀(jì)的時間里，計算機(jī)的發(fā)展取得了令人矚目的成就。
計算機(jī)從誕生到現(xiàn)在，已走過了60年的發(fā)展歷程，在這期間，計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化。人們根據(jù)計算機(jī)所采用的物理器件，將計算機(jī)的發(fā)展劃分為幾個階段，下面就來具體介紹。
1.1.1 計算機(jī)發(fā)展簡史
電子計算機(jī)的發(fā)展階段通常以構(gòu)成計算機(jī)的電子器件來劃分，至今已經(jīng)歷了四代，目前正在向第五代過渡。每一個發(fā)展階段在技術(shù)上都是一次新的突破，在性能上都是一次質(zhì)的飛躍。
1．第yi代（1946～1957年），電子管計算機(jī)
它是一臺電子數(shù)字積分計算機(jī)，取名為ENIAC。這臺計算機(jī)是個龐然大物，共用了18 000多個電子管、1500個繼電器，重達(dá)30噸，占地170平方米，每小時耗電140千瓦，計算速度為每秒5000次加法運(yùn)算。盡管它的功能遠(yuǎn)不如今天的計算機(jī)，但ENIAC作為計算機(jī)大家族的鼻祖，開辟了人類科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的先河，使信息處理技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的時代。其主要特征如下：
（1）電子管元件，體積龐大、耗電量高、可靠性差、維護(hù)困難。
（2）運(yùn)算速度慢，一般為每秒鐘1千次到1萬次。
（3）使用機(jī)器語言，沒有系統(tǒng)軟件。
（4）采用磁鼓、小磁芯作為存儲器，存儲空間有限。
（5）輸入/輸出設(shè)備簡單，采用穿孔紙帶或卡片。
（6）主要用于科學(xué)計算。
2．第二代（1958～1964年），晶體管計算機(jī)
晶體管的發(fā)明給計算機(jī)技術(shù)帶來了革命性的變化。第二代計算機(jī)采用的主要元件是晶體管，稱為晶體管計算機(jī)。計算機(jī)軟件有了較大發(fā)展，采用了監(jiān)控程序，這是操作系統(tǒng)的雛形。第二代計算機(jī)有如下特征：
（1）采用晶體管元件作為計算機(jī)的器件，體積大大縮小，可靠性增強(qiáng)，壽命延長。
（2）運(yùn)算速度加快，達(dá)到每秒幾萬次到幾十萬次。
（3）提出了操作系統(tǒng)的概念，開始出現(xiàn)了匯編語言，產(chǎn)生了如FORTRAN和COBOL等高級程序設(shè)計語言和批處理系統(tǒng)。
（4）普遍采用磁芯作為內(nèi)存儲器，磁盤、磁帶作為外存儲器，容量大大提高。
（5）計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，從軍事研究、科學(xué)計算擴(kuò)大到數(shù)據(jù)處理和實時過程控制等領(lǐng)域，并開始進(jìn)入商業(yè)市場。
3．第三代（1965～1969年），中小規(guī)模集成電路計算機(jī)
20世紀(jì)60年代中期，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，已制造出了集成電路元件。集成電路可在幾平方毫米的單晶硅片上集成十幾個甚至上百個電子元件。計算機(jī)開始采用中小規(guī)模的集成電路元件，這一代計算機(jī)比晶體管計算機(jī)體積更小，耗電更少，功能更強(qiáng)，壽命更長，綜合性能也得到了進(jìn)一步提高。具有如下主要特征：
（1）采用中小規(guī)模集成電路元件，體積進(jìn)一步縮小，壽命更長。
（2）內(nèi)存儲器使用半導(dǎo)體存儲器，性能優(yōu)越，運(yùn)算速度加快，每秒可達(dá)幾百萬次。
（3）外圍設(shè)備開始出現(xiàn)多樣化。
（4）高級語言進(jìn)一步發(fā)展。操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使計算機(jī)功能更強(qiáng)，提出了結(jié)構(gòu)化程序的設(shè)計思想。
（5）計算機(jī)應(yīng)用范圍擴(kuò)大到企業(yè)管理和輔助設(shè)計等領(lǐng)域。
4．第四代（1971年至今），大規(guī)模集成電路計算機(jī)
隨著20世紀(jì)70年代初集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了大規(guī)模集成電路元件，使計算機(jī)進(jìn)入了一個新的時代，即大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機(jī)時代。這一時期的計算機(jī)的體積、重量、功耗進(jìn)一步減少，運(yùn)算速度、存儲容量、可靠性有了大幅度的提高。其主要特征如下：
（1）采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路邏輯元件，體積與第三代相比進(jìn)一步縮小，可靠性更高，壽命更長。
（2）運(yùn)算速度加快，每秒可達(dá)幾千萬次到幾十億次。
（3）系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件獲得了巨大的發(fā)展，軟件配置豐富，程序設(shè)計部分自動化。
（4）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、分布式處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，微型計算機(jī)大量進(jìn)入家庭，產(chǎn)品更新速度加快。
（5）計算機(jī)在辦公自動化、數(shù)據(jù)庫管理、圖像處理、語言識別和專家系統(tǒng)等各個領(lǐng)域得到應(yīng)用，電子商務(wù)已開始進(jìn)入到了家庭，計算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入到了一個新的歷史時期。
1.1.2 計算機(jī)的特點
1．自動地運(yùn)行程序
計算機(jī)能在程序控制下自動連續(xù)地高速運(yùn)算。由于采用存儲程序控制的方式，因此一旦輸入編制好的程序，啟動計算機(jī)后，就能自動地執(zhí)行下去直至完成任務(wù)。這是計算機(jī)zui突出的特點。
2．運(yùn)算速度快
計算機(jī)能以極快的速度進(jìn)行計算。現(xiàn)在普通的微型計算機(jī)每秒可執(zhí)行幾十萬條指令，而巨型機(jī)則達(dá)到每秒幾十億次甚至幾百億次。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)的運(yùn)算速度還在提高。例如天氣預(yù)報，由于需要分析大量的氣象資料數(shù)據(jù)，單靠手工完成計算是不可能的，而用巨型計算機(jī)只需十幾分鐘就可以完成。
3．運(yùn)算精度高
電子計算機(jī)具有以往計算機(jī)無法比擬的計算精度，目前已達(dá)到小數(shù)點后上億位的精度。
4．具有記憶和邏輯判斷能力
人是有思維能力的。而思維能力本質(zhì)上是一種邏輯判斷能力。計算機(jī)借助于邏輯運(yùn)算，可以進(jìn)行邏輯判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果自動地確定下一步該做什么。計算機(jī)的存儲系統(tǒng)由內(nèi)存和外存組成，具有存儲和“記憶”大量信息的能力，現(xiàn)代計算機(jī)的內(nèi)存容量已達(dá)到上百兆甚至幾千兆，而外存也有驚人的容量。如今的計算機(jī)不僅具有運(yùn)算能力，還具有邏輯判斷能力，可以使用其進(jìn)行諸如資料分類、情報檢索等具有邏輯加工性質(zhì)的工作。
5．可靠性高
隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子計算機(jī)連續(xù)無故障運(yùn)行時間可達(dá)到幾十萬小時以上，具有極高的可靠性。例如，安裝在宇宙飛船上的計算機(jī)可以連續(xù)幾年時間可靠地運(yùn)行。計算機(jī)應(yīng)用在管理中也具有很高的可靠性，而人卻很容易因疲勞而出錯。另外，計算機(jī)對于不同的問題，只是執(zhí)行的程序不同，因而具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和通用性。用同一臺計算機(jī)能解決各種問題，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。
微型計算機(jī)除了具有上述特點外，還具有體積小、重量輕、耗電少、維護(hù)方便、可靠性高、易操作、功能強(qiáng)、使用靈活、價格便宜等特點。計算機(jī)還能代替人做許多復(fù)雜繁重的工作。
1.1.3 計算機(jī)的應(yīng)用
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，計算機(jī)技術(shù)作為科技的先導(dǎo)技術(shù)之一得到了飛躍發(fā)展，超級并行計算機(jī)技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)等相互滲透，改變了人們使用計算機(jī)的方式，從而使計算機(jī)幾乎滲透到人類生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，對工業(yè)和農(nóng)業(yè)都有極其重要的影響。計算機(jī)的應(yīng)用范圍歸納起來主要有以下6個方面。
1．科學(xué)計算
亦稱數(shù)值計算，是指用計算機(jī)完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題。計算機(jī)作為一種計算工具，科學(xué)計算是它zui早的應(yīng)用領(lǐng)域，也是計算機(jī)zui重要的應(yīng)用之一。在科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計中存在著大量的各類數(shù)字計算，如求解幾百乃至上千階的線性方程組、大型矩陣運(yùn)算等。這些問題廣泛出現(xiàn)在導(dǎo)彈實驗、衛(wèi)星發(fā)射、災(zāi)情預(yù)測等領(lǐng)域，其特點是數(shù)據(jù)量大、計算工作復(fù)雜。在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文等眾多學(xué)科的科學(xué)研究中，經(jīng)常遇到許多數(shù)學(xué)問題，這些問題用傳統(tǒng)的計算工具是難以完成的，有時人工計算需要幾個月、幾年，而且不能保證計算準(zhǔn)確，使用計算機(jī)則只需要幾天、幾小時甚至幾分鐘就可以精確地解決。所以，計算機(jī)是發(fā)展現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)必不可少的重要工具。
2．?dāng)?shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理又稱信息處理，它是指信息的收集、分類、整理、加工、存儲等一系列活動的總稱。所謂信息是指可被人類感受的聲音、圖像、文字、符號、語言等。數(shù)據(jù)處理還可以在計算機(jī)上加工那些非科技工程方面的計算，管理和操縱任何形式的數(shù)據(jù)資料。其特點是要處理的原始數(shù)據(jù)量大，而運(yùn)算比較簡單，有大量的邏輯與判斷運(yùn)算。
據(jù)統(tǒng)計，目前在計算機(jī)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)處理所占的比重zui大。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如人口統(tǒng)計、辦公自動化、企業(yè)管理、郵政業(yè)務(wù)、機(jī)票訂購、情報檢索、圖書管理、醫(yī)療診斷等。
3．計算機(jī)輔助設(shè)計
（1）計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）是指使用計算機(jī)的計算、邏輯判斷等功能，幫助人們進(jìn)行產(chǎn)品和工程設(shè)計。它能使設(shè)計過程自動化，設(shè)計合理化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，大大縮短設(shè)計周期，以增強(qiáng)產(chǎn)品在市場上的競爭力。CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑工程設(shè)計、服裝設(shè)計、機(jī)械制造設(shè)計、船舶設(shè)計等行業(yè)。使用CAD技術(shù)可以提高設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計自動化水平。
（2）計算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）是指利用計算機(jī)通過各種數(shù)值控制生產(chǎn)設(shè)備，完成產(chǎn)品的加工、裝配、檢測、包裝等生產(chǎn)過程的技術(shù)。將CAD進(jìn)一步集成形成了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS，從而實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)自動化。利用CAM可提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和降低勞動強(qiáng)度。
（3）計算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，CAI）是指將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況等存儲在計算機(jī)中，幫助學(xué)生輕松地學(xué)習(xí)所需要的知識。它在現(xiàn)代教育技術(shù)中起著相當(dāng)重要的作用。
除了上述計算機(jī)輔助技術(shù)外，還有其他的輔助功能，如計算機(jī)輔助出版、計算機(jī)輔助管理、輔助繪制和輔助排版等。
4．過程控制
亦稱實時控制，是用計算機(jī)及時采集數(shù)據(jù)，按zui佳值迅速對控制對象進(jìn)行自動控制或采用自動調(diào)節(jié)。利用計算機(jī)進(jìn)行過程控制，不僅大大提高了控制的自動化水平，而且大大提高了控制的及時性和準(zhǔn)確性。
過程控制的特點是及時收集并檢測數(shù)據(jù)，按zui佳值調(diào)節(jié)控制對象。在電力、機(jī)械制造、化工、冶金、交通等部門采用過程控制，可以提高勞動生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、自動化水平和控制精確度，減少生產(chǎn)成本，減輕勞動強(qiáng)度。在軍事上，可使用計算機(jī)實時控制導(dǎo)彈根據(jù)目標(biāo)的移動情況修正飛行姿態(tài)，以準(zhǔn)確擊中目標(biāo)。
5．人工智能
人工智能（Artificial Intelligence，AI）是用計算機(jī)模擬人類的智能活動，如判斷、理解、學(xué)習(xí)、圖像識別、問題求解等。它涉及到計算機(jī)科學(xué)、信息論、仿生學(xué)、神經(jīng)學(xué)和心理學(xué)等諸多學(xué)科。在人工智能中，zui具代表性、應(yīng)用zui成功的兩個領(lǐng)域是專家系統(tǒng)和機(jī) 器人。
計算機(jī)專家系統(tǒng)是一個具有大量專門知識的計算機(jī)程序系統(tǒng)。它總結(jié)了某個領(lǐng)域的專家知識構(gòu)建了知識庫。根據(jù)這些知識，系統(tǒng)可以對輸入的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行推理，做出判斷和決策，以回答用戶的咨詢，這是人工智能的一個成功的例子。
機(jī)器人是人工智能技術(shù)的另一個重要應(yīng)用。目前，世界上有許多機(jī)器人工作在各種惡劣環(huán)境，如高溫、高輻射、劇毒等。機(jī)器人的應(yīng)用前景非常廣闊�，F(xiàn)在有很多國家正在研制機(jī)器人。
6．計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
把計算機(jī)的超級處理能力與通信技術(shù)結(jié)合起來就形成了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。人們熟悉的全球信息查詢、郵件傳送、電子商務(wù)等都是依靠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入到了千家萬戶，給人們的生活帶來了極大的方便。
1.1.4 電子計算機(jī)的分類
一般情況下，電子計算機(jī)有多種分類方法，但在通常情況下采用3種分類標(biāo)準(zhǔn)。
1．按處理的對象分類
電子計算機(jī)按處理的對象分可分為電子模擬計算機(jī)、電子數(shù)字計算機(jī)和混合計算機(jī)。
電子模擬計算機(jī)所處理的電信號在時間上是連續(xù)的（稱為模擬量），采用的是模擬技術(shù)。
電子數(shù)字計算機(jī)所處理的電信號在時間上是離散的（稱為數(shù)字量），采用的是數(shù)字技術(shù)。計算機(jī)將信息數(shù)字化之后具有易保存、易表示、易計算、方便硬件實現(xiàn)等優(yōu)點，所以數(shù)字計算機(jī)已成為信息處理的主流。通常所說的計算機(jī)都是指電子數(shù)字計算機(jī)。
混合計算機(jī)是將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相結(jié)合的計算機(jī)。
2．按性能規(guī)模分類
按性能規(guī)�？煞譃榫扌蜋C(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和工作站。
（1）巨型機(jī)
研究巨型機(jī)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，尤其是國防尖端技術(shù)發(fā)展的需要。巨型機(jī)的特點是運(yùn)算速度快、存儲容量大。目前世界上只有少數(shù)幾個國家能生產(chǎn)巨型機(jī)。我國自主研發(fā)的銀河I型億次機(jī)和銀河II型十億次機(jī)都是巨型機(jī)。主要用于核武器、空間技術(shù)、大范圍天氣預(yù)報、石油勘探等領(lǐng)域。
（2）大型機(jī)
大型機(jī)的特點表現(xiàn)在通用性強(qiáng)、具有很強(qiáng)的綜合處理能力、性能覆蓋面廣等，主要應(yīng)用在公司、銀行、政府部門、社會管理機(jī)構(gòu)和制造廠家等，通常人們稱大型機(jī)為企業(yè)計算機(jī)。大型機(jī)在未來將被賦予更多的使命，如大型事務(wù)處理、企業(yè)內(nèi)部的信息管理與安全保護(hù)、科學(xué)計算等。
（3）中型機(jī)
中型機(jī)是介于大型機(jī)和小型機(jī)之間的一種機(jī)型。
（4）小型機(jī)
小型機(jī)規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計周期短，便于及時采用先進(jìn)工藝。這類機(jī)器由于可靠性高，對運(yùn)行環(huán)境要求低，易于操作且便于維護(hù)。小型機(jī)符合部門性的要求，為中小型企事業(yè)單位所常用。具有規(guī)模較小、成本低、維護(hù)方便等優(yōu)點。
（5）微型計算機(jī)
微型機(jī)又稱個人計算機(jī)（Personal Computer，PC），它是日常生活中使用zui多、zui普遍的計算機(jī)，具有價格低廉、性能強(qiáng)、體積小、功耗低等特點�，F(xiàn)在微型計算機(jī)已進(jìn)入到了千家萬戶，成為人們工作、生活的重要工具。
（6）工作站
工作站是一種高檔微機(jī)系統(tǒng)。它具有較高的運(yùn)算速度，具有大小型機(jī)的多任務(wù)、多用戶功能，且兼具微型機(jī)的操作便利和良好的人機(jī)界面。它可以連接到多種輸入/輸出設(shè)備。它具有易于聯(lián)網(wǎng)、處理功能強(qiáng)等特點。其應(yīng)用領(lǐng)域也已從zui初的計算機(jī)輔助設(shè)計擴(kuò)展到商業(yè)、金融、辦公領(lǐng)域，并充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的角色。
3．按功能和用途分類
按功能和用途可分為通用計算機(jī)和專用計算機(jī)。
通用計算機(jī)具有功能強(qiáng)、兼容性強(qiáng)、應(yīng)用面廣、操作方便等優(yōu)點，通常使用的計算機(jī)都是通用計算機(jī)。
專用計算機(jī)一般功能單一，操作復(fù)雜，用于完成特定的工作任務(wù)。
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