计算机发展简史.docx

Harbin Institute of Technology论文计算机发展简史课程名称： 院 系： 航天学院 班 级： 姓 名： 学 号： 哈尔滨工业大学计算机发展简史摘要：20世纪人类最杰出、最伟大的科技发明之一，就是计算机。计算机的诞生，为人类科技史揭开了崭新的一页，对人类社会的发展产生了巨大的影响，标志着人类进入了史无前例的信息时代。计算机的发展可以说是一部短暂、飞速而却扣人心弦的历史。本文围绕计算机的发展，分别从计算机的早期形态、近现代计算机的产生及演变、计算机的应用前景三个方面进行了探究和论述。关键词：计算机 发展 应用 前景0 引言从公元前五世纪最早的运算工具“算盘”在中国的出现，到1946年第一台现代计算机在美国费城的诞生；从最初仅仅能够进行简单的四则运算的“计算尺”，到如今可以轻松完成庞大数据的采集、分析、整合的高端设备；从最早只能在实验室见到的上百平方米的庞然大物，到现在随处可见的方便小巧的电子产品随着信息技术的发展，计算机已经逐渐融入了我们的工作、学习和生活中，已经形成了一种新的文化，构造了一种新的文明。计算机的起源与演变，反映了人们对于更准确、更高效的数字处理技术的不断探索和追求，同时，计算机的成长与进步，亦是体现了近现代以来电子领域的飞速发展。1 计算机的早期形态计算机，又称电子计算机或电脑，是一种利用电子学原理，根据一系列指令对数据进行处理的机器。从其名称便可看出，人们最早发明这种机器的初衷，是希望其可以作为计算工具，方便生活中各种场合的运算。其实早在公元五世纪的中国，“算盘”便已作为一种早期形态的“计算机”出现在人们的生活中。著名作家谢尔顿在他的小说假如明天来临里就曾讲过这样一个故事：骗子杰夫像经销商兜售一种袖珍计算机，称其“价格低廉，绝无故障，节约能源，十年中无需任何保养” 1。而当商人打开包装盒，却发现这台“计算机”原来是一把来自中国的算盘。可见，作为早期方便实用的计算工具，“算盘”在人类计算工具史上具有重要的地位。而随着科技的发展，计算工作日益繁重，早期的计算工具已远远不能满足人们的需要，它们虽在不同的历史阶段发挥了巨大得、不可代替的作用，但最终也将完成历史使命、趋于消亡。随着1642年人类有史以来第一台机械计算机的由法国著名数学家帕斯卡（B.Pascal, 1623-1662）发明产生，“计算机器”的概念首次被确定下来。而后，德国数学家莱布尼兹（G.Leibnitz, 1646-1716）对“帕斯卡加法器”功能进行了提升，完善了四则运算并提出了“二进制”的概念。尽管帕斯卡与莱布尼兹的发明还不是现代意义上的计算机，但它们毕竟昭示了人类计算机史里的第一抹曙光。在这之后，更多的科学家、工程师们开始关注并为计算机的进一步完善提出了新的想法、做出了不同程度的贡献。法国纺织机械师布乔（B.Bouchon）的“穿孔纸带”和法国机械师杰卡德（J.Jacquard）的“自动提花编织机”搭建出最初的程序控制思想。英国数学家查尔斯巴贝奇（Charles Babbage, 17911871）和奥古斯塔阿达（Augusta Ada，18151852）的“差分分析机”虽最终未能完成，但却为电脑科学留下了包括30种不同设计方案、近2000张组装图和50000张零件图等珍贵的精神遗产。美国统计专家赫曼霍列瑞斯（Herman Hollerith ，1860-1929）的“自动制表机”第一次将数据转变成二进制信息，开创了数据处理之先河。美国物理学家霍华德艾肯（H. Aiken, 1900-1973）所发明的“自动序列受控计算机”马克1号出现之初即被用来实现系列运算、求解微分方程，甚至计算原子核的裂变过程。作为早期计算机的最后代表，马克一号代表着自帕斯卡以来，人类所制造的机械计算机或电动计算机之顶尖水平。不难看出，“计算机”的概念伴随着人类文明的产生和发展一直存在于人们的生活中对于数字的认知奠定了“运算”对于人类生活的重要性，而对于“运算”的高效性和准确性的追求促使了人们对于“通过某种机器减轻繁琐运算的负担”的希望。正是这种强烈的需求促使了早期形态的计算机的一步步演变。但早期科技力量的薄弱导致了计算机演变道路上的局限性。仅仅通过齿轮、摇杆完成计算的机械计算机虽然成功开创了计算机发展史的先河，但依旧不能满足人们对于大量数据、复杂运算的要求。“计算机”的发展仍然还有很长一段路需要走。2 近代计算机的产生与演变毫无疑问，二十世纪初电子管的横空出世，无疑导致了计算机的发展历程中一次重要的的转折，它使得计算机由最初的机械领域转向了电子领域。1946年2月14日，世界第一台世界上第一台电子数字计算机艾尼阿克（ENIAC）在美国费城诞生。这个史无前例的“巨型计算机”安装了17468只电子管，7200个二极管，70000多电阻器，10000多只电容器和6000只继电器，电路的焊接点多达50万，重达30吨，占地面积170平方米，约为整整十间房大小。然而，它的能力足以使同一时代任何机械或电动计算机相形见绌。它能在1秒钟内完成5000次加法，也可以在3/1000秒内完成两个十位数乘法。其一天能完成的计算工作量，大约相当于一个人用手摇计算机操作40年2。艾尼阿克的产生，标志了电子计算机的创世，预示了人类社会至此迈入电脑信息化时代。现代计算机的发展，可大致分为一下四个阶段：1. 第一代：电子管计算机 (1946-1957)以ENIAC为代表的第一代计算机是从1946年至1958年。其特点是使用真空电子管和磁鼓储存数据。然而，大量电子管的应用使它们体积大、耗电多、运算速度较低、故障率较高而且价格极贵，起初ENIAC的研制只花费了40万美元，而之后的维修费用竟超过200万。同时其操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有各自不同的机器语言，功能受到限制，使用并不方便，为了解决一个问题，所编制的程序的复杂程度难以表述。因此，这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。2. 第二代：晶体管计算机（1958-1965）1948年，晶体管发明代替了体积庞大电子管，使得电子设备的体积不断减小，电子线路的结构大大改观。由于晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等优点，因而开始被用来作计算机的元件。1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC）。晶体管计算机运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍，体积为原来的几十分之一，同时体积小、速度快、功耗低、性能更稳定，并且寿命延长、价格降低，为计算机的广泛应用创造了条件。在软件方面，人们开始使用更高级的COBOL和FORTRAN等语言，使计算机编程更容易。而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。这一代计算机不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理及工业控制。 3. 第三代：集成电路计算机（1965-1970）60年代初期，美国的基尔比（Jack Kilby，1923-2005）和诺伊斯（Noyce，Robert N.，1927-）发明了集成电路，引发了电路设计革命。一个比手指甲还小的晶片，却能包含几千个晶体管元件。集成电路室计算机变得更小，功耗更低，速度更快。1962年1月，IBM公司采用双极型集成电路，生产了IBM360系列计算机。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。计算机的功能越来越强，应用范围越来越广，不仅用于科学计算，还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。 4. 第四代：大规模集成电路计算机70 年代中期，计算机制造商开始将计算机带给普通消费者，这时的小型机带有友好界面的软件包，供非专业人员使用的程序和最受欢迎的字处理和电子表格程序。到了 80 年代，出现了可在芯片上容纳了几十万个元件的超大规模集成电路，将数字扩充到百万级，这使得计算机的体积和价格不断下降。同时，第四代计算机的另一个重要分支则是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。伴随着电力电子技术的不断进步，计算机的形态逐渐简单，功能逐渐复杂。近代计算机的发展，起因于为满足战争的需要，可以说，计算机产生的根本动力既是人们为了创造更多的物质财富，同时也是为了对于科技更高层面的探究。科技的进步促进了计算机的飞速发展，而计算机向更高效、更经济方向的演变又对新兴科技的萌生和开发产生了极大的帮助，二者相辅相成，共同进步。另一方面，计算机也逐渐走向“平民化”趋势，从最初的“独一无二”到如今的“人手一本”，计算机已经在悄无声息中覆盖了我们当下生活任何一个角落，不得不说，计算机的出现，简化了繁琐的工作，方便了日常的生活，推动了文明的发展。3 计算机的应用前景未来的计算机将以超大规模集成电路为基础，向巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。1.巨型化巨型计算机由于其高速运算、大储存能量和强功能，主要用于天文、气象、地质和核反应、航天飞机、卫星轨道计算机等尖端科学技术领域和军事国防系统的研究开发。它的发展集中体现了计算机科学技术的发展水平，推动了计算机系统结构、硬件和软件的理论和技术、计算数学以及计算机应用等多个科学分支的发展3。2. 微型化微型计算机已进入仪器、仪表、家用电器等小型仪器设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现“智能化”。随着微电子技术的进一步发展，笔记本电脑、平板电脑等必将以更小巧的形态、更完善的性能、更低廉的价格受到人们的青睐。3. 网络化 随着计算机应用的深入、家用计算机的普及，计算机研究者们一方面希望众多用户能共享信息资源，另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信。计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物，旨在把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备互联起来，按照一定的网络协议相互通信，以达到所有用户都可以共享软件、硬件和数据资源的目的。目前，各国都在致力于三网合一的开发与建设就是“网络化”的一大趋势。 4. 智能化 计算机人工智能的研究是建立在现代科学基础之上。智能化就是要求使计算机具有类似人类的认知、学习、理解、表达、推理等思维能力和行为能力，也是第五代计算机要实现的目标4。智能化的研究领域很多，其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。智能化是计算机发展的一个重要方向，新一代计算机，将可以模拟人的感觉行为和思维过程的机理，进行“看”、“听”、“说”、“想”、“做”，具有逻辑推理、学习与证明的能力。展望未来，计算机的发展必然要经历很多新的突破。可以预见，计算机的发展将趋向超高速、超小型、网络互联和智能化，使计算机进入人工智能时代。量子、光子、分子、纳米等新型计算机在不久的将来的产生，必将推动新的一轮计算机技术革命，对社会和科技的发展产生深远的影响。4 结语从早期人类文明时期对数字的初步认知，到如今数字化、信息化时代日新月异的蓬勃发展，人类从未停止过对于“计算机”的探究与改进。计算机由最初“思想的萌芽”到现在趋于成熟的成长过程，反映了几百年来科学技术的发展历程，同时也代表了无数为之所付出的辛勤努力及做出的巨大贡献。新型计算机与相关技术的研发和应用，必将推进全球经济社会和科学技术的高速发展，继续不断实现人类发展史上的重大突破。参考文献：1 美 西德尼谢尔顿. 假如明天来临T. 译林出版社. 2007-72 叶平. 电脑史话M.