1.1.1 计算机的发展简史

1946年2月14日，世界上第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生，如图1-1所示。这标志着一个新的时代即将到来。时至今日，计算机技术已经获得迅猛的发展。根据计算机所用核心电子元器件的不同，可以把计算机分为电子管时代、晶体管时代、集成电路、大规模或超大规模集成电路、人工智能五个时代，其中，人工智能是未来的发展方向。

1.第一代电子管计算机（1946—1957年）

这一阶段计算机的主要特征：硬件方面采用电子管作为基本的器件，用光屏管或汞延时电路、磁鼓、磁芯作为主存储器，外部存储采用磁带，输入输出主要采用穿孔卡片或纸带；软件方面通过机器语言和汇编语言编写应用程序，一开始需要通过人工输入计算机机器指令。这一时代的计算机主要用于科学计算。

这一阶段计算机的主要特点：体积大、耗电量大、速度慢、存储容量小、可靠性差、维护困难且价格昂贵。

2.第二代晶体管计算机（1958—1964年）

晶体管的发明，极大地推动了计算机的发展，晶体管替代电子管成为计算机的核心元件，主要的存储器为磁盘。软件也随之有了比较大的发展，出现了各种各样的高级语言，还出现了以批处理为主的操作系统。这一时期的计算机主要用于科学计算和各种事务处理，并逐渐运用于工业控制领域。

与第一代电子管计算机相比，第二代晶体管计算机的体积大大缩小、耗电量降低、处理速度加快、重量减轻、可靠性提高，但是价格较高，无法大范围推广使用。晶体管计算机如图1-2所示。

图1-1 第一台电子计算机

图1-2 晶体管计算机

3.第三代集成电路计算机（1964—1971年）

1958年发明了集成电路，将三个电子元件集成到一个硅片上。科学家将这种技术运用到计算机以后，极大地提升了计算机的性能。相对于晶体管计算机，集成电路计算机功耗更小，产生的热量显著减少，降低了硬件的故障率，也降低了成本。同时，这个时期还出现了分时、实时等操作系统，使得计算机在操作系统的统一调度下可以同时运行多个不同程序，提高了工作效率。1964年，美国IBM公司研制成功了第一个采用集成电路的通用电子计算机IBM360系列系统，这也是大家现在所使用的计算机的前身。集成电路计算机如图1-3所示。

4.第四代大规模或超大规模集成电路计算机（1971年至今）

第四代（即当代）计算机在硬件方面的主要特征：计算机的逻辑部件由大规模和超大规模的集成电路组成，主要的存储器采用半导体存储器，计算机的外部设备也趋于多样化、系统化；软件方面，实现了软件的固化技术，出现了面向对象的计算机程序设计思想，并广泛采用数据库技术、网络技术，使计算机得到更大范围的运用。

这一阶段计算机的主要特点：计算机核心（微处理器）不断集成，体积越来越小，制造工艺达到纳米级别，运算速度越来越快，配套的计算机软件越来越丰富，计算机走进了千家万户，已经达到一定的普及程度。超大规模集成电路如图1-4所示。

图1-3 集成电路计算机

图1-4 超大规模集成电路