计算机于1946年问世,有人说是由于战争的需要而产生的,我们认为计算机产生的根本动力是人们为创造更多的物质财富,是为了把人的大脑延伸,让人的潜力得到更大的发展。正如汽车的发明是使人的双腿延伸一样,计算机的发明事实上是对人脑智力的继承和延伸。近10年来,计算机的应用日益深入到社会的各个领域,如管理、办公自动化等。由于计算机的日益向智能化发展,于是人们干脆把微型计算机称之为“电脑”了。
计算机产生的动力是人们想发明一种能进行科学计算的机器,因此称之为计算机。它一诞生,就立即成了先进生产力的代表,掀开自工业革命后的又一场新的科学技术革命。
要追溯计算机的发明,可以由中国古时开始说起,古时人类发明算盘去处理一些数据,利用拨弄算珠的方法,人们无需进行心算,通过固定的口诀就可以将答案计算出来。这种被称为“计算与逻辑运算”的运作概念传入西方后,被美国人加以发扬光大。直到十六世纪,发明了一部可协助处理乘数等较为复杂数学算式的机械,被称为“棋盘计算器”,但这时期只属于纯计算的阶段,要到十九世纪才有急速的发展。
第一代电子管计算机(1945-1956)
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在第二次世界大战中,美国政府寻求计算机以开发潜在的战略价值。这促进了计算机的研究与发展。1944年霍华德.艾肯(1900-1973)研制出全电子计算器,为美国海军绘制弹道图。这台简称 Mark I 的机器有半个足球场大,内含500英里的电线,使用电磁信号来移动机械部件,速度很慢(3-5秒一次计算)并且适应性很差只用于专门领域,但是,它既可以执行基本算术运算也可以运算复杂的等式。
1946年2月14日,标志现代计算机诞生的ENIAC(The Electronic Numerical Integrator And Computer)在费城公诸于世。ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑,它通过不同部分之间的重新接线编程,还拥有并行计算能力。ENIAC由美国政府和宾夕法尼亚大学合作开发,使用了18,800个电子管,70,000个电阻器,有5百万个焊接点,耗电160千瓦,其运算速度比Mark I快1000倍,ENIAC是第一台普通用途计算机。
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40年代中期,冯.诺依曼(1903-1957)参加了宾夕法尼亚大学的小组,1945年设计电子离散可变自动计算机EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer),将程序和数据以相同的格式一起储存在存储器中。这使得计算机可以在任意点暂停或继续工作,机器结构的关键部分是中央处理器,它使计算机所有功能通过单一的资源统一起来。
1946年,美国物理学家莫奇利任总设计师,和他的学生爱克特(Eckert)研制成功世界上第一台电子管计算机ENIAC。
1946年,美国物理学家莫奇利任总设计师,研制成功
世界上第一台电子管计算机ENIAC(图中左为莫奇利)
世界上第一台电子计算机
第一代计算机的特点是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,速度也慢。另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数据。 第一台电子管计算机(ENIAC) 长50英尺,宽30英尺,占地170平方米,重30吨,有1.88万个电子管,用十进制计算,每秒运算5000次,运作了九年之久。吃电很凶, 据传ENIAC每次一开机,整个费城西区的电灯都为之黯然失。 第一台电子管计算机(ENIAC) 另外,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出坏掉的管子,使用上极不方便。曾有人调侃道:“只要那部机器可以连续运转五天,而没有一只真空管烧掉,发明人就要额手称庆了”。
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第一代计算机的核心部件,真空电子管
这一时期的典型机器:国外的:ENIAC 、UNIVAC。国内的:103、104等。
第二代晶体管计算机(1956-1963)西贝尔跑车
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贝尔实验室使用800只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算机TRADIC。
1948年7月1日, 美国《纽约时报》曾用8个句子的篇幅,简短地公布贝尔实验室发明晶体管的消息。它就像8颗重磅,在电脑领域引来一场晶体管革命,电子计算机从此将大步跨进了第二代的门槛。晶体管的发明,为半导体和微电子产业的发展指明了方向。采用晶体管代替电子管成为第二代计算机的标志。除了科学计算,计算机也开始被用于企业商务。
1947年,贝尔实验室的肖克莱、巴丁、布拉顿发明点触型晶体管;1950年又发明了面结型晶体管。相比电子管,晶体管体积小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低,电子线路的结构大大改观,运算速度则大幅度提高。
肖克莱(左)、巴丁(中)、布拉顿(右)于1956年共同获得诺贝尔物理学奖。
发明晶体管的肖克莱在加利福尼亚创立了当地第一家半导体公司,这一地区后来被称为硅谷
晶体管的发明大大促进了计算机的发展,晶体管代替了体积庞大电子管,电子设备的体积不断减小。1956年,晶体管在计算机中使用,晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。首先使用晶体管技术的是早期的超级计算机,主要用于原子科学的大量数据处理,这些机器价格昂贵,生产数量极少。 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,以单词、语句和数学公式代替了二进制机器码,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。这一时期的典型机器:国外的:IBM7090等。国内的:441B等。