第2章 计算机发展史

第2章计算机发展史张凯博士教授

计算机科学技术系

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邮件：zhangkai@1946年之前古典计算机器时代1946～至今现代计算机时代1985年以后计算机发展的新方向——个人计算机与智能计算机计算机的发展历史一、机械计算机

1.机械式加法机法国人帕斯卡于17世纪制造出一种机械式加法机，它成为世界上第一台机械式计算机。

2.机械式乘法机

1672年德国人莱布尼兹发明了乘法计算机。3.差分机和分析机

英国人查尔斯·巴贝奇研制出差分机和分析机，为现代计算机设计思想的发展奠定基础。在计算机发展史上，差分机和分析机占有重要的地位。分析机差分机4.手摇式机械计算机手摇计算机是1878年由一位在俄国工作的瑞典发明家奥涅尔制造的，这是一种齿数可变的齿轮计算机。德国的布龙斯维加公司，他们从1892年起投产，到1912年，年产量已高达2万台。图是1936年荷兰飞利浦公司制造的一种二进制手摇机械式计算机。5.畅销的机械计算机

1893年，德国人施泰格尔研制出一种叫作“大富豪”的计算机。这种计算机是在法国人伯列制作的计算机基础上发展而来的。图是第一台电穿孔卡片设备，配有计数器，打孔器，接触压力机和分类箱。6.制表机与IBM公司

1884年，美国人赫勒里特获得了制表机的第一项专利权。1896年，赫尔曼·赫勒里特在他的发明基础上，创办了当时著名的制表机公司。

1911年，赫勒里特又组建了一家计算制表记录公司，该公司到1924年改名为“国际商用机器公司”，这就是举世闻名的美国IBM公司。图是刚刚研制出来竖式穿孔卡电分类制表机的踌躇满志的赫尔曼·赫勒里特。

7.

微分分析仪

1930年，美国麻省理工学院和哈佛大学的博士V.布什，在一些工程技术人员的协助下，试制出一台微分分析仪的样机。左图，布什发明的微分分析仪是一台用电机带动的计算机，运算装置由机械构成。右图2，布什博士和其他技术人员正在微分分析仪上进行工作。他们的操作与现代电子计算机的操作相去甚远。二、计算机前期准备1.图灵提出重要概念

1936年，年仅24岁的英国人图灵发表了著名的《论应用于决定问题的可计算数字》一文，提出思考实验原理计算机概念。2.信息论的创始人香农首次阐明了布尔代数在开关电路上的作用

1938年，香农发表了著名的论文《继电器和开关电路的符号分析》，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现3.德国科学家朱斯于20世纪30年代开始研制著名的Z系列计算机

1934年，德国人朱斯开始研制一种利用机械键盘的计算机。这与巴贝奇分析机原理相类似。4.K型计算机

K型计算机是美国人斯蒂比兹1937年11月发明的。4.M型系列计算机

1939年9月，美国贝尔实验室研制出M—1型计算机。1944年和1945年，贝尔实验室又先后研制出M—3与M—4型机。1949年，贝尔实验室又制造出了M—6型计算机。5.阿塔纳索夫提出了计算机的三原则

1939年10月，美国理论物理学家阿塔纳索夫与贝利合作，设计并试制成功一台世界上最早的电子数字计算机的样机，称为“ABC机”。阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则：（1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度；（2）利用电子技术来实现控制，逻辑运算和算术运算，以保证计算速度；（3）采用把计算功能和二进制数更新存贮的功能相分离的结构。6.维纳的计算机五原则（1）不是模拟式，而是数字式；（2）由电子元件构成，尽量减少机械部件；（3）采用二进制，而不是十进制；（4）内部存放计算表；（5）在计算机内部存贮数据。第一代计算机1946年~1957年：1944年到1945年间，冯∙诺依曼主持设计了

EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)方案，它明确了计算机由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系。1946年，冯∙诺依曼和戈尔德斯廷、勃克斯等人在EDVAC方案的基础上，提出了《电子计算机逻辑设计初探》的设计报告，标志着电子计算机时代的真正开始。冯∙诺依曼是20世纪最伟大的全才之一6.英国的“巨人”计算机

1943年12月，第一台“巨人”计算机在英国投入运行。它破译密码的速度快，性能可靠，内部有1500只电子管，配备5个以并行方式工作的处理器，每个处理器以每秒5000个字符的速度处理一条带子上的数据。

1944年6月，第2台“巨人”计算机开始运转，它的速度比第一台“巨人”快4倍。7.美国的全机电式计算机

1944年，“马克”1号计算机问世，于哈佛大学投入运行。它是在美国麻省理工学院的物理学家艾肯的指导下，完成研制的。（左图）“马克”1号（MARKI）大型计算机于1944年8月7日投入运行（右图）这是艾肯于1949年9月研制成功的“马克”3号计算机。三、电子计算机

1.第一台电子计算机

1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）宣告研制成功。“埃尼阿克”的成功，是计算机发展史上的一座纪念碑，是人类在发展计算技术的历程中，到达的一个新的起点。2.第一代电子计算机的发展

1949年5月，英国剑桥大学数学实验室根据冯·诺伊曼的思想，制成电子延迟存贮自动计算机“埃迪萨克”（EDSAC），这是第一台带有存储程序结构的电子计算机。从1953年起，美国的IBM公司开始批量生产应用于科研的大型计算机系列，从此电子计算机走上了工业生产阶段。下图是在第一代电子计算机中使用的磁鼓。磁鼓被用来作为电子计算机中数据与指令的存储器，它的使用是计算机发展史上重大的技术进步3.第二代电子计算机（晶体管）

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），装有800个晶体管。1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机。1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM7090。1964年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机441—B型。4.第三代电子计算机（集成电路）

1958年，世界上第一个集成电路诞生。1964年4月7日，美国IBM公司同时在14个国家，全美63个城市宣告，世界上第一个采用集成电路的通用计算机系列IBM360系统研制成功。5.第四代计算机（超大规模集成电路）

在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路。美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。6.第五代电子计算机（智能计算机）

第五代电子计算机是智能电子计算机，它是一种有知识，会学习，能推理的计算机，具有能理解自然语言，声音，文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维，联想，推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集，记忆，检索有关知识的能力。7.巨型电子计算机的应用

巨型电子计算机是相对于大型计算机而言的一种运算速度更高，存储容量更大，功能更完善的计算机。巨型机是指每秒能运算5000万次以上，存储容量超过百万个字的电子计算机。在军事上，巨型机主要应用在快速判明目标和辅助决策，在高速自动化指挥控制系统中心，在破译技术以及核武器，航天工具等装备的设计和模拟方面都是主力。在民用方面，巨型机的使用日渐广泛，已深入到机械，气象，电子，人工智能等几十个学科领域。在大型科学计算领域内，其他的机种难以与之抗衡。8.巨型并行矢量计算机

矢量计算机也被称为“向量计算机”，它是一种能够进行矢量运算，以流水处理为主要特征的电子计算机。对多组数据（每组一般为两个数据）成批地进行同样的运算，得到一批结果的运算方法，即被称为“矢量运算”。9.第六代神经计算机（模仿人类大脑功能）

第六代电子计算机是模仿人的大脑判断能力和适应能力，并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机。神经电子计算机的信息不是存在存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中。若有节点断裂，电脑仍有重建资料的能力，它还具有联想记忆，视觉和声音识别能力。四、计算机小型化1.20世纪60年代的小型化

1960年，美国数据设备公司（DEC）生产了第一台速度为每秒3000次的小型集成电路计算机2.70年代的微机和个人电脑英特尔公司在1971年和1972年先后开始生产4004和8008微处理器，以及由它们构成的MCS-4和MCS-8微型计算机。

1976年，美国硅谷的乔布斯和沃兹匹克这两个年仅20岁的青年设计成功了“苹果”微型机，为计算机进入家庭首开先河。3.笔记本型电脑问世进入20世纪90年代以来，个人电脑开始向膝上机发展，笔记本型电脑尤其受人欢迎。4.袖珍计算机

1992年，美国一家计算机公司推出一种袖珍的计算机，大小与能装在口袋里的日历薄差不多。5.超小型智能化计算机电子计算机发展到第三代，开始出现了小型化倾向。计算机开始普及到商业管理领域，自动控制行业和科学单位等。6.介于大型计算机与个人电脑之间的工作站工作站是20世纪80年代迅速发展起来的一种计算机系统，介于高档PC机与小巨型机之间。工作站是一种新型高性能的计算机系统，它以其独特的计算能力，良好的用户界面，优异的图形功能和灵活的网络环境，成为计算机家族中的一名新成员。五、多样化计算机探索

1.光计算机的研制

2.DNA电脑

3.高速超导计算机

4.量子计算机研究

六、中国计算机发展史

古典时代：

在早期计算工具和算学理论的发明创造方面，中国曾取得极其辉煌的成就：

中国古代经典发明创造：中国古代经典发明创造：中国古代用阳、阴两爻构成的八卦，被认为是世界上最早的二进制表示法由八卦演变而来的算术罗经1.第一代电子管计算机研制(1958-1964年)

104机103机119机1958年，中国研制成功第一台小型电子管计算机2.第二代晶体管计算机研制(1965-1972年)109乙机加以改进，两年后又推出109丙机，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国两弹试验中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。

109机3.第三代基于中小规模集成电路的计算机研制(1973-80年代初)

1973年，北京大学与北京有线电厂等单位合作研制成功运算速度每秒100万次的大型通用计算机。

1983年中国科学院计算所完成我国第一台大型向量机－757机，计算速度达到每秒1000万次。757机4.第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(80年代中期至今)

“银河”计算机从1978年开始研制，到1983年通过了国家鉴定。它是由中国国防科技大学自行设计的第一个每秒向量运算1亿次的巨型计算机系统。银河-I2008年8月31日报道：全国首台突破百万亿次运算速度的超级计算机“曙光5000”由中国科学院计算技术研究所、曙光信息产业有限公司自主研制成功。其浮点运算处理能力可以达到230万亿次(交付用户使用能力200万亿次)，Linpack速度预测将达到160万亿次，这个速度将有望让中国高性能计算机再次跻身世界前十。除了超强计算能力，它还拥有全自主、超高密度、超高性价比、超低功耗以及超广泛应用等特点。“天河一号”2009年由国防科技大学在长沙研制成功，具备每秒钟1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能。“天河一号”成功研制使中国成