1.1.1　计算机发展史

借助机器进行计算是人们永恒的追求，追忆计算机的发展历程可以发现，人们总是希望获得更快的计算速度，利用计算机伸展研究领域、扩展研究深度。

1.电子数字计算机的诞生

一般认为世界上第一台电子数字计算机是1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学的ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator），是由美国物理学家莫克利（John Mauchly）教授和他的学生埃克特（Presper Eckert）为计算弹道和射击特性而研制的。它用了近18000个电子管，6000个继电器，70000多个电阻，10000多只电容及其他器件。机器表面布满了电表、电线和指示灯，总体积约90m3，重30t，功率为150kW，机器被安排在一排2.75m高的金属柜里，占地170m2，其内存是磁鼓、外存为磁带，操作由中央处理器控制，使用机器语言编程。ENIAC虽然庞大无比，但它的加法运算速度达到了5000次/s，可以在0.003s时间内完成两个10位数的乘法，使原来近200名工程师用机械计算机需7～10h的工作量，缩短到只需30s便能完成。

2.计算机的发展

现代电子数字计算机问世之前，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数字计算机三个阶段。在这个过程中，科学家们经过了艰难的探索，发明了各种各样的“计算机”，这些“计算机”顺应了当时的历史发展，发挥了巨大的作用，推动了计算机技术的不断发展。

（1）机器计算的由来

今天的计算机有一个十分庞大的家谱。最早的计算设备可追溯到古希腊、古罗马和古代中国。

算筹又称筹、策、算子等，是中国古代劳动人民用来计数、列式和进行各种数式演算的工具。成语“运筹帷幄”中的“筹”指的就是算筹。现在的算盘是由古代的算筹演变而来的，素有“中国计算机”之称。直到今天，算盘仍是许多人喜爱的计算工具。

1623年，德国科学家契克卡德（W.Schickard）为天文学家开普勒（Kepler）制作了一台能做6位数加减法和乘除运算的机械计算机。契克卡德一共制作了两台原型机，遗憾的是留给后人的只有设计示意图。法国科学家布莱斯•帕斯卡（Blaise Pascal）是目前公认的机械计算机制造第一人。帕斯卡先后做了三个不同的模型，1642年所做的第3个模型“加法器”获得成功。1971年瑞士苏黎世联邦工业大学的尼克莱斯•沃尔斯（Niklaus Wirth）教授将发明的计算机通用高级程序设计语言命名为“Pascal语言”，以纪念帕斯卡在计算机领域中的卓越贡献。

1674年，莱布尼茨在一些著名机械专家和能工巧匠的协助下，在巴黎制造出了一台功能更完善的机械计算机。1700年，莱布尼茨从中国的“易图”中受到启发，系统地提出了二进制的运算法则。

1822年，英国剑桥大学著名科学家查理斯•巴贝奇（Charles Babbage）研制出了第一台差分机，1847—1849年，巴贝奇完成了21幅差分机改良版的构图，可以操作第七阶相差（7thorder）及31位数字。

19世纪末，赫尔曼•霍列瑞斯（Herman Hollerith）首先用穿孔卡完成了第一次大规模的数据处理工作，穿孔卡第一次把数据转变成二进制信息，这种用穿孔卡片输入数据的方法一直沿用到20世纪70年代，霍列瑞斯的成就使他成为“信息处理之父”。1890年，他创办了一家专业的“制表机公司”，后来Flent兼并了“制表机公司”，改名为CTR（C代表计算机，T代表制表，R代表计时），1924年，CTR公司更名为IBM公司，专门生产打孔机、制表机等产品。

1873年，美国人鲍德温（F.Baldwin）利用齿数可变齿轮设计制造了一种小型计算机样机，两年后获得专利，鲍德温便大量制造这种供个人使用的“手摇式计算机”。

1938年，在AT&T贝尔实验室工作的斯蒂比兹（G.Stibitz）运用继电器作为计算机的开关元件，设计出用于复数计算的全电磁式计算机，使用了450个二进制继电器和10个闸刀开关，由三台电传打字机输入数据，能在30s算出复数的商，1939年，斯蒂比兹将电传打字机用电话线连接上纽约的计算机，异地操作进行复数计算，开创了计算机远程通信的先河。1938年，28岁的楚泽（K.Zuse）设计了一台可编程数字计算机Z-1。1939年，楚泽用继电器组装了Z-2，1941年，他设计制作了电磁式计算机Z-3，实现了二进制程序控制。1945年，建造了Z-4，并在1949年成立了“Zuse计算机公司”。

在计算机发展史上占据重要地位、计算机“史前史”中最后一台著名的计算机，是由美国哈佛大学的艾肯（H.Aiken）博士发明的“自动序列受控计算机”，即电磁式计算机马克一号（Mark I）。

（2）以电子器件发展为主要特征的计算机的发展阶段

从第一台电子数字计算机诞生到今天，计算机技术获得了迅猛的发展，功能不断增强，所用电子器件不断更新，可靠性不断提高，软件不断完善。直到现在，计算机还在日新月异地发展着。计算机的性能价格比继续遵循着著名的摩尔定律：芯片的集成度和性能每18个月提高一倍。表1-1-1列出了第一代、第二代、第三代和第四代计算机的主要特征。

（3）计算机的未来发展

直到今天，人们使用的所有计算机，都采用美国数学家冯•诺依曼（John von Neumann）提出的“存储程序”原理作为体系结构，因此也统称为冯•诺依曼型计算机。20世纪80年代以来，美国、日本等发达国家开始研制新一代计算机，是微电子技术、光学技术、超导技术、电子仿生技术等多学科相结合的产物，希望打破以往固有的计算机体系结构，使计算机能进行知识处理、自动编程、测试和排错，能用自然语言、图形、声音和各种文字进行输入和输出，能具有人类那样的思维、推理和判断能力。已经实现的非传统计算技术有：利用光作为载体进行信息处理的光计算机；利用蛋白质、DNA的生物特性设计的生物计算机；模仿人类大脑功能的神经元计算机以及具有学习、思考、判断和对话能力，可以辨别外界物体形状和特征，且建立在模糊数学基础上的模糊电子计算机等。未来的计算机还可能是超导计算机、量子计算机、DNA计算机或纳米计算机等。