大学计算机基础：计算机的诞生与发展

任务情景

小明在大学期间，利用课余时间对中学生进行课外辅导。信息技术已经深入到人们的生活，小明决定给他的小伙伴们进行计算机相关知识的普及，今天他将给他的学生们普及计算机的发展史。

任务分析

◆第一台计算机的诞生

◆“冯·诺依曼”计算机的原理

◆计算机的发展阶段

◆计算机的发展趋势

知识准备

1.计算机的诞生

随着社会的发展，科学技术的进步，使用原有的计算工具已经无法解决现实生活中的一些复杂的计算问题，电子学和自动控制技术等领域所取得的技术成就以及电子管、继电器等电子器件的出现，催生了电子数字计算机的诞生。

图1-1-1　第一台计算机ENIAC

1946年2月14日，世界上公认的第一台计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生，它的全称为Electronic Numerical Integrator And Computer，即电子数字积分计算机，如图1-1-1所示。它包含了17000多根电子管，70，000个电阻器，6000多个开关，占地面积约170平方米，耗电量150千瓦，计算速度是5000次加法/秒。虽然它的功能和速度远不及现在的计算机，但ENIAC的问世具有划时代的意义，它宣告了一个新时代的开始，计算机科学的大门被打开了。

2.“冯·诺依曼”计算机

ENIAC的诞生有着重大的意义，但其本身还存在很多的不足，最大的问题是只能通过手工设置开关和插头来编程，程序不能存储。1946年6月，约翰·冯·诺依曼写了一篇题为《关于离散变量自动电子计算机的草案》的论文，第一次提出了在数字计算机内部存储程序的概念。这就是现代所有电子计算机的范式，称为“冯·诺依曼结构”。迄今为止，我们所使用的计算机都有一个共同的名称：“冯·诺依曼机”。

冯·诺依曼体系结构的理论要点包括：1）采用二进制数；2）硬件由5大部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备）；3）提出了“存储程序”原理，计算机在程序的控制下自动工作。

3.计算机的发展历程

根据计算机采用的电子元器件不同，把计算机的发展历程划分为四个阶段。

第一代计算机（1946—1958年）

逻辑元件采用电子管，主存储器采用延迟线，辅助存储器采用纸带、卡片、磁鼓等。软件只有机器语言和汇编语言。相比现在的计算机第一代计算机运算速度很慢，每秒钟运行几千次到几万次，体积大、耗电多、价格昂贵、可靠性不高。主要应用于军事领域和科学计算。

第二代计算机（1958—1964年）

逻辑元件采用晶体管，主存储器采用磁芯，辅助存储器开始使用磁盘和磁带，出现了操作系统和高级程序设计语言。第二代计算机的运行速度有很大提高，运行速度可达100万次/秒，体积缩小，功耗降低，延长了使用寿命。除用于军事领域和科学计算外，开始应用于数据处理、工业控制等领域。(www.xing528.com)

第三代计算机（1964—1971年）

逻辑元件采用中小规模集成电路，主存储器开始使用半导体，辅助存储器仍以磁芯存储器为主，外部设备不断增多，软件逐步完善，操作系统、多种高级程序设计语言有新的发展。第三代计算机运行速度已达1000万次/秒，同时体积缩小，功能增强，可靠性提高。这一时期计算机开始广泛应用到科学计算、数据处理、事务管理和工业控制等领域，应用领域日益扩大。

第四代计算机（1971年—至今）

逻辑元件采用大规模集成电路，主存储器采用大规模甚至超大规模集成电路。微型计算机蓬勃发展，它的体积更小、耗电量更少、可靠性更高，价格大幅度降低。运行速度达到每秒数亿次。第四代计算机应用渗透到工业、教育、生活的各个领域，特别是进行随着网络的发展，计算机已经成为人们日常生活中重要的组成部分。表1-1-1介绍了计算机不同发展阶段的具体情况。

表1-1-1　计算机的发展阶段

4.计算机的发展趋势

随着人们不断探索计算机技术和新的计算机材料，计算机产品不断的更新换代，计算机朝着巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。

（1）巨型化

巨型化是指为了适应天文、气象、航天、原子等尖端科学以及探索新兴学科的需要，不断的发展和改进高速度、大容量和超强功能的巨型计算机。巨型计算机的研究有两个方向，其一是由成千上万台普通微型计算机机群组成巨型计算机系统，旨在提高性价比；其二是按巨型计算机的特有体系进行设计，如归约机、数据流机、分布式计算机系统等，如我国的“银河一号”“天河一号”计算机等。

（2）微型化

微型化是指随着微处理器的产生，计算机的体积越来越小，价格越来越低，如现在的台式计算机、笔记本电脑、平板电脑等。计算机的外部设备也日趋完善，软件行业飞速发展，使得微型计算机应用已经渗透到社会生活的各个领域。微型计算机的应用除家用、商用外，还渗透或嵌入家用电器、汽车、仪器、仪表等应用领域。

（3）网络化

网络化是指互联网把各地的计算机连接到了一起，相互可以进行通信，共享资源，形成了一个地球村，人与人之间没有了距离，实现随时随地的联系。伴随着云计算技术和物联网技术的发展，人们的生产生活方式正悄然的发生变化。

（4）智能化

计算机智能化是指计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。阿兰·图灵（Alan Turing，1912.6.23—1954.6.7），在1937年提出图灵机的概念，对于人工智能，它提出了重要的衡量标准“图灵测试”，如果有机器能够通过图灵测试，那他就是一个完全意义上的智能机。图灵被誉为“人工智能之父”。智能化的主要研究领域为：模式识别、机器人、专家系统、自然语言的生成与理解等，目前在这些领域都取得了不同程度的进展。智能化使计算机突破了“计算”这一初级的含意，从本质上扩充了计算机的能力，可以越来越多地代替人类脑力劳动。

任务实施

请将从第一台计算机诞生到今天为止计算机的发展历程填入到表1-1-2中。

表1-1-2　计算机的发展历程