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一、
现代计算机的诞生和发展
现代计算机问世之前， 计算机的发展经历了机械式计算机、 机电式计算机和萌芽期的电子计算机三个阶段。
早在 17 世纪， 欧洲一批数学家就已开始设计和制造以数字形式进行基本运算的数字计算机。
英国数学家巴贝奇在 1822 年制作差分机模型时提出一个设想， 每次完成一次算术运算将发展为自动完成某个特定的完整运算过程。
1884 年， 巴贝奇设计了一种程序控制的通用分析机。这台分析机虽然已经描绘出有关程序控制方式计算机的雏型， 但限于当时的技术条件而未能实现。
巴贝奇的设想提出以后的一百多年期间， 电磁学、 电工学、 电子学不断取得重大进展， 在元件、 器件方面接连发明了真空二极管和真空三极管； 在系统技术方面， 相继发明了无线电报、电视和雷达……。
所有这些成就为现代计算机的发展准备了技术和物质条件。
与此同时， 数学、 物理也相应地蓬勃发展。
到了 20 世纪 30 年代， 物理学的各个领域经历着定量化的阶段， 描述各种物理过程的数学方程， 其中有的用经典的分析方法已根难解决。
于是， 数值分析受到了 重视， 研究出各种数值积分， 数值微分， 以及微分方程数值解法， 把计算过程归结为巨量的基本运算， 从而奠定了现代计算机的数值算法基础。
20 世纪以后， 德国、 美国、 英国部在进行计算机的开拓工作， 几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。
德国的朱赛最先采用电气元件制造计算机。
电子计算机的开拓过程， 经历了从制作部件到整机从专用机到通用机、 从“外加式程序” 到“存储程序” 的演变。
1938 年， 美籍保加利亚学者阿塔纳索夫首先制成了电子计算机的运算部件。
1943 年， 英国外交部通信处制成了“巨人” 电子计算机。
这是一种专用的密码分析机，在第二次世界大战中得到了应用。
1946 年 2 月美国宾夕法尼亚大学莫尔学院制成的大型电子数字积分计算机(ENIAC) ， 最初也专门用于火炮弹道计算， 后经多次改进而成为能进行各种科学计算的通用计算机。
这台完全采用电子线路执行算术运算、 逻辑运算和信息存储的计算机， 运算速度比继电器计算机快1000 倍。
这就是人们常常提到的世界上第一台电子计算机。
但是， 这种计算机的程序仍然是外加式的， 存储容量也太小， 尚未完全具备现代计算机的主要特征。
1949 年，英国剑桥大学数学实验室率先制成电子离散时序自动计算机(EDSAC) ； 美国则于 1950年制成了东部标准自 动计算机(SFAC) 等。
至此， 电子计算机发展的萌芽时期遂告结束， 开始了现代计算机的发展时期。
19 世纪数学物理的另一项重大成就——傅里叶分析， 对模拟机的发展起到了 直接的推动作用。
19 世纪后期和 20 世纪前期， 相继制成了多种计算傅里叶系数的分析机和解微分方程的微分分析机等。
但是当试图推广微分分析机解偏微分方程和用模拟机解决一般科学计算问题
时， 人们逐渐认识到模拟机在通用性和精确度等方面的局限性， 并将主要精力转向了数字计算机。
20 世纪中期以来， 计算机一直处于高速度发展时期， 计算机由仅包含硬件发展到包含硬件、软件和固件三类子系统的计算机系统。
计算机系统的性能—价格比， 平均每 10 年提高两个数量级。
计算机种类也一再分化， 发展成微型计算机、 小型计算机、 通用计算机(包括巨型、 大型和中型计算机) ， 以及各种专用机(如各种控制计算机、 模拟—数字混合计算机) 等。
三、
计算机器件从电子管到晶体管， 再从分立元件到集成电路以至微处理器， 促使计算机的发展出现了三次飞跃。
在电子管计算机时期(1946～1959) ， 计算机主要用于科学计算。
主存储器是决定计算机技术面貌的主要因素。
当时， 主存储器有水银延迟线存储器、 阴极射线示波管静电存储器、 磁鼓和磁心存储器等类型， 通常按此对计算机进行分类。
到了晶体管计算机时期(1959～1964) ， 主存储器均采用磁心存储器， 磁鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。
不仅科学计算用计算机继续发展， 而且中、 小型计算机， 特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。
1964 年， 在集成电路计算机发展的同时， 计算机也进入了产品系列化的发展时期。
半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位， 磁盘成了不可缺少的辅助存储器， 并且开始普遍采用虚拟存储技术。
随着各种半导体只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展， 以及微程序技术的发展和应用， 计算机系统中开始出现固件子系统。
20 世纪 70 年代以后， 计算机用集成电路的集成度迅速从中小规模发展到大规模、 超大规模的水平， 微处理器和微型计算机应运而生， 各类计算机的性能迅速提高。
随着字长 4 位、 8位、 16 位、 32 位和 64 位的微型计算机相继问世和广泛应用， 对小型计算机、 通用计算机和专用计算机的需求量也相应增长了 。
微型计算机在社会上大量应用后， 一座办公楼、 一所学校、 一个仓库常常拥有数十台以至数百台计算机。
实现它们互连的局部网随即兴起， 进一步推动了计算机应用系统从集中式系统向分布式系统的发展。
在电子管计算机时期， 一些计算机配置了 汇编语言和子程序库， 科学计算用的高级语言FORTRAN 初露头角。
在晶体管计算机阶段， 事务处理的 COBOL 语言、 科学计算机用的 ALGOL语言， 和符号处理用的 LISP 等高级语言开始进入实用阶段。
操作系统初步成型， 使计算机的使用方式由手工操作改变为自动作业管理。
进入集成电路计算机发展时期以后， 在计算机中形成了相当规模的软件子系统， 高级语言种类进一步增加， 操作系统日趋完善， 具备批量处理、 分时处理、 实时处理等多种功能。
数据库管理系统、 通信处理程序、 网络软件等也不断增添到软件子系统中。
软件子系统的功能不断增强， 明显地改变了计算机的使用属性， 使用效率显著提高。
在现代计算机中， 外围设备的价值一般已超过计算机硬件子系统的一半以上， 其技术水平在很大程度上决定着计算机的技术面貌。
外围设备技术的综合性很强， 既依赖于电子学、 机械学、 光学、 磁学等多门学科知识的综合， 又取决于精密机械工艺、 电气和电子加工工艺以及计量的技术和工艺水平等。
外围设备包括辅助存储器和输入输出设备两大类。
辅助存储器包括磁盘、 磁鼓、 磁带、 激光存储器、 海量存储器和缩微存储器等； 输入输出设备又分为输入、 输出、 转换、、 模式信息处理设备和终端设备。
在这些品种繁多的设备中， 对计算机技术面貌影响最大的是磁盘、 终端设备、 模式信息处理设备和转换设备等。
新一代计算机是把信息采集存储处理、 通信和人工智能结合在一起的智能计算机系统。
它不仅能进行一般信息处理， 而且能面向知识处理， 具有形式化推理、 联想、 学习和解释的能力，将能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。
计算技术在中国的发展 在人类文明发展的历史上中国曾经在早期计算工具的发明创造方面写过光辉的一页。
远在商代， 中国就创造了十进制记数方法， 领先于世界千余年。
到了周代，发明了当时最先进的计算工具——算筹。
这是一种用竹、 木或骨制成的颜色不同的小棍。
计算每一个数学问题时， 通常编出一套歌诀形式的算法， 一边计算， 一边不断地重新布棍。
中国古代数学家祖冲之， 就是用算筹计算出圆周率在 3. 1415926 和 3. 1415927 之间。
这一结果比西方早一千年。
珠算盘是中国的又一独创， 也是计算工具发展史上的第一项重大发明。
这种轻巧灵活、 携带方便、 与人民生活关系密切的计算工具， 最初大约出现于汉朝， 到元朝时渐趋成熟。
珠算盘不仅对中国经济的发展起过有益的作用， 而且传到日本、 朝鲜、 东南亚等地区， 经受了历史的考验， 至今仍在使用。
中国发明创造指南车、 水运浑象仪、 记里鼓车、 提花机等， 不仅对自动控制机械的发展有卓越的贡献， 而且对计算工具的演进产生了直接或间接的影响。
例如， 张衡制作的水运浑象仪，可以自动地与地球运转同步， 后经唐、 宋两代的改进， 遂成为世界上最早的天文钟。
记里鼓车则是世界上最早的自动计数装置。
提花机原理刘计算机程序控制的发展有过间接的影响。
中国古代用阳、 阴两爻构成八卦， 也对计算技术的发展有过直接的影响。
莱布尼兹写过研究八卦的论文， 系统地提出了 二进制算术运算法则。
他认为， 世界上最早的二进制表示法就是中国的八卦。
经过漫长的沉寂， 新中国成立后， 中国计算技术迈入了新的发展时期， 先后建立了研究机构，在高等院校建立了计算技术与装置专业和计算数学专业， 并且着手创建中国计算机制造业。
1958 年和 1959 年， 中国先后制成第一台小型和大型电子管计算机。
60 年代中期， 中国研制成功一批晶体管计算机， 并配制了 ALGOL 等语言的编译程序和其他系统软件。
60 年代后期，中国开始研究集成电路计算机。
70 年代， 中国已批量生产小型集成电路计算机。
80 年代以后，中国开始重点研制微型计算机系统并推广应用； 在大型计算机、 特别是巨型计算机技术方面也取得了重要进展； 建立了计算机服务业， 逐步健全了计算机产业结构。
在计算机科学与技术的研究方面， 中国在有限元计算方法、 数学定理的机器证明、 汉字信息处理、 计算机系统结构和软件等方面都有所建树。
在计算机应用方面， 中国在科学计算与工程设计领域取得了显著成就。
在有关经营管理和过程控制等方面， 计算机应用研究和实践也日益活跃。
四、
微机发展概况
从上世纪五十年代诞生第一台电子计算机以来， 计算机的发展很快， 不仅有运算速度高达万亿次的并行计算机， 也有应用于学习和实验室工作的微机， 还有广泛应用于工业生产和人们日常生活的嵌入式微处理器和系统。
计算机的发展
1943 年美国为解决复杂的导弹计算而开始研制电子计算机。
1946 年 2 月， 由美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的物理学博士莫克利和电气工程师埃克特领导的研制小组， 研制成了世 界 上 第 一 台 数 字 式 电 子 计 算 机
ENIAC （
Electronic Numerical Integrator And Calculator ）。
这台计算机使用了约 18000 个电子管、
1500 个继电器， 耗电量达 150kW ，占地面积 167m 2 ， 重量约 30 吨， 计算速度每秒 5000 次， 采用字长 10 位的十进制计数方式， 编程通过接插线进行。
1944 年， 著名的数学家冯· 诺依曼获知 ENIAC 的研制， 在以后的 10 个月里， 他参加了为改进 ENIAC 而举行的一系列专家会议， 研究了新型计算机的系统结构。
在由他执笔的报告里， 提出了采用二进制计算、 存储程序， 并在程序控制下自 动执行的思想。
按照这一思想，新机器将由运算、 控制、 存储、 输入、 输出等五个部件构成， 报告还描述了 各部件的职能和相互间的联系， 以后这种模式的计算机称为冯· 诺依曼机， 如图 1. 2 所示。
运算器是计算机对各种数据进行运算， 对各种信息进行加工、 处理的部件， 是计算机数据处理的中心。
存储器是计算机存放各种数据、 信息和程序的部件， 不管是原始输入待处理的数据、 中间运算结果、 还是待输出的最终结果以及计算机执行的程序代码， 都存放在存储器中， 存储器又分为主存储器（又称内存）
和辅助存储器（又称外存）。
输入设备为计算机输入各种原始信息， 包括：
数据、 程序和文字等， 并将他们转换成计算机能识别的二进制代码。
常用的输入设备有键盘、 鼠标、 扫描仪、 手写板及数码相机等。
输出设备将计算机运算处理的各种结果送出供判读和识别。
常用的输出设备有显示器、打印机、 音箱等。
输入、 输出设备是人机交互的设备， 统称为外部设备， 简称外设。
控制器对程序代码进行解释并产生各种控制信号， 从而进一步控制计算机中的各个部件的协调运行。
程序代码是程序员根据具体要求而编制的。
1949 年， 英国剑桥大学的威尔 克斯等人在 EDSAC （
Electronic Delay Storage Automatic Calculator ）
机上实现了这种模式。
时至今日， 电子计算机的发展已经经历了四代， 虽在技术上不断发展和完善， 但基于冯· 诺依曼机的基本结构仍未有大的改变。
电子计算机发展的四个阶段是：
第一代（ 1946 ～ 1957 ）， 以电子管为逻辑部件， 以阴极射线管、 磁芯和磁鼓等为存储手段。
软件上采用机器语言， 后期采用汇编语言。
第二代（ 1958 ～ 1965 ）， 以晶体管为逻辑部件， 内存用磁芯， 外存用磁盘。
软件上广泛采用高级语言， 并出现了早期的操作系统。
第三代（ 1966 ～ 1971 ）， 以中小规模集成电路为主要部件， 内存用磁芯、 半导体，外存用磁盘。
软件上广泛使用操作系统， 产生了 分时、 实时等操作系统和计算机网络。
第四代（ 1971 至今）， 以大规模、 超大规模集成电路为主要部件， 以半导体存储器和磁盘为内、 外存储器。
在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。
另外， 网络操作系统、 数据库管理系统得到广泛应用。
微处理器和微型计算机也在这一阶段诞生并获得飞速发展。
五、 微型计算机的发展
根据微处理器的字长和功能， 可将微型计算机的功能划分为以下几个阶段：
第...