计算机科学通识 -01- 电子计算机发展史

第一代计算机(1946~1958) 电子管计算机

世界上第一台电子计算机是 ENIAC(The Electronic Numerical Integrator And Computer 中文翻译为电子数值积分计算机)，中文名埃尼阿克。

它于 1946 年 2 月 14 日,诞生于美国费城，由美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利（J.Mauchly）和工程师埃克特（J.P.Eckert）等人共同合作开发，得到了美国政府的大力支持。

ENIAC 是一个庞然大物，其占地面积为 170 平方米，总重量达 30 吨。机器中约有 18800 只电子管、1500 个继电器、70000 只电阻以及其它各种电气元件，每小时耗电量约为 140 千瓦。

这样一台“巨大”的计算机每秒钟可以进行 5000 次加减运算，相当于手工计算的 20 万倍。每小时耗电量约为 140 千瓦，据说每次开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。

还有，真空管的损耗率相当高，几乎每 15 分钟就可能烧掉一支真空管，操作人员须花 15 分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。

尽管如此，ENIAC 的诞生代表了计算机发展史上的里程碑，揭开了计算机时代的序幕，对我们人类来说是巨大的进步！

ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)

1946~1958 这个时期发明制造的计算机为第一代计算机，主要有以下几个特点。

• 电子管为基本电子器件

• 使用机器语言和汇编语言

• 主要应用于国防和科学计算 绘制弹道图

• 运算速度每秒几千次至几万次

第二代计算机(1958~1964) 晶体管计算机

1960 年，出现了一些成功地用在商业领域、大学和政府部门的第二代计算机。

第二代计算机用晶体管代替电子管，还有现代计算机的一些部件:打印机、磁带、磁盘、内存、操作系统等。

计算机中存储的程序使得计算机有很好的适应性，可以更有效地用于商业用途。

在这一时期出现了更高级的 COBOL(Common Business-Oriented Language)和 FORTRAN(Formula Translator)等语言，使计算机编程更容易。

新的职业，如程序员、分析员和计算机系统专家，与整个软件产业由此诞生。

第二代计算机代表作是日本电气公司（ Nippon Electric Company ）制造的 NEAC 2203。它是日本最早的晶体管计算机，使用磁芯内存，这在当时还是很昂贵的。

NEAC 2203

第二代计算机主要有以下特点：

• 晶体管为主要器件

• 开始使用操作系统,出现了 FORTRAN 和 COBOL 等高级语言

FORTRAN

COBOL (COmmon Business-Orientated Language)

• 运算速度每秒几万次至几十万次

第三代计算机(1964~1971) 集成电路计算机

虽然晶体管比起电子管是一个明显的进步，但晶体管还是产生大量的热量，这会损害计算机内部的敏感部分。

1958 年发明了集成电路(IC)，将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。科学家使更多的元件集成到单一的半导体芯片上。

于是，计算机变得更小，功耗更低，速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。

1964 年，美国 IBM 公司研制成功第一个采用集成电路的通用电子计算机系列 IBM360 系统。

IBM 360

第三代计算机主要有以下特点

• 普遍采用集成电路

• 体积缩小

• 运算速度每秒几十万次至几百万次

• 应用

• IBM System/360 是第一款覆盖完整应用（从商业到科研，从小应用到大应用）的计算机家族，允许客户购买小型的精简配置而无需重编程的应用软件的系列。

• 这款计算机被认为是历史上最具成功的产品之一，对未来的计算机设计有重大影响。

• 开创了计算机兼容性的时代，可支持各产品线以及其它公司各个产品型号协同运行。它也标志着新兴的信息科学领域以及对复杂系统的理解的转折点。

• IBM System/360 拥有多个型号，相比当时业界的普遍做法，IBM 创建了整个计算机产品线，涵盖中小企业到大型企业机构用户，也涉及了高中低端不同性能的计算机产品

• IBM System/360 产品家族采用全新架构，是目前仍在每台计算机中使用的八位字节的先驱者。

IBM SYSTEM/360 报道

第四代计算机(1971~至今) 大规模集成电路计算机

出现集成电路后，唯一的发展方向是扩大规模。大规模集成电路(LSI)可以在一个芯片上容纳几百个元件。

到了上世纪 80 年代，超大规模集成电路(VLSI)在芯片上容纳了几十万个元件，后来的 ULSI 将数字扩充到百万级。

基于“半导体”的发展，采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子元器件制造的电子计算机称为第四代计算机。

可以在硬币大小的芯片上容纳如此多的元件使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。

微处理器时代

第四代计算机发展的初期称为微处理器时代，主要经历了 4 个阶段

• 1971～1973 年 微型计算机应运而生

微处理器有 4004、4040、8008。 1971 年 Intel 公司研制出 MCS4 微型计算机（CPU 为 4040，四位机）。后来又推出以 8008 为核心的 MCS-8 型。

• 1973～1977 年，微型计算机的发展和改进阶段

微处理器有 8080、8085、M6800、Z80。初期产品有 Intel 公司的 MCS 一 80 型（CPU 为 8080，八位机）。

后期有 TRS-80 型（CPU 为 Z80）和 APPLE-II 型（CPU 为 6502），在八十年代初期曾一度风靡世界。

• 1978～1983 年，十六位微型计算机的发展阶段

微处理器有 8086、808880186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是 IBM-PC（CPU 为 8086）。

本阶段的顶峰产品是 APPLE 公司的 Macintosh(1984 年)和 IBM 公司的 PC／AT286(1986 年)微型计算机。

第一台 286 诞生，IBM 出品，从此 PC 进入了普及年代。

• 1983 年开始 32 位微型计算机的发展阶段

微处理器相继推出 80386、80486。386、486 微型计算机是初期产品。

1993 年，Intel 公司推出了 Pentium 或称 P5（中文译名为“奔腾”）的微处理器，它具有 64 位的内部数据通道。

由此可见，微型计算机的性能主要取决于它的核心器件——微处理器（CPU）的性能。

PC 时代

1981 年，IBM PC 问世。标志着计算机的发展进入了个人电脑时代（PC 时代）。

IBM PC 的诞生，使 IBM 迅速获得商业市场认可。随后 IBM 对个人电脑持续进行研发，不断的迭代优化， 对整个行业产生了深远影响，从此个人电脑在办公中发挥了越来越重要的作用。

有趣的是，后来 IBM PC 使用了微软开发的 MS-DOS 操作系统，微软随之崛起。

上世纪 80 年代开始，个人计算机的竞争使得价格不断下跌，微机的拥有量不断增加，计算机继续缩小体积，从桌上到膝上到掌上，一直到现在我们见到的样子。

从 ENIAC 揭开计算机时代的序幕，经过科学家几十年懈的努力，电子计算机如今已成为一门复杂的工程技术学科，它的应用从国防、科技、到商务办公、家庭娱乐、医疗，教育，工业、农业已渗透到我们生活的方方面面。我们每天从睁开眼睛到闭上眼睛基本上不能离开它了！

电子计算机从上世纪 40 年代发明至今，已接近 80 年了！对于人类来说，80 岁可能已是高龄了，基本没有太强的创造力了。但是计算机不一样，她是人类历史上全人类智慧的结晶，她远比人类走的要远！

随着网络、硬件等基础设施的发展，随着大数据的累积，未来的计算机必定会越来越好用，越来越智能，越来越人性化。

希望未来人类能利用好计算机，让它更好的造福人类。