1.1 计算机的发展历程

1946年2月15日，在美国宾夕法尼亚大学发生了一件震惊世界的大事，世界上第一台电子数字式计算机被正式投入运行，它的名称叫埃尼阿克(The Electronic Numberical Intergrator and Computer，ENIAC)。虽然它的功能还比不上今天最普通的一台微型计算机，但在当时它的运算速度已经是最快的了，并且其运算的精确度和准确度也是史无前例的。ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元，自此之后，计算机科学和技术一直在飞速地发展着，它的发展速度是世界上任何其他学科所无法比拟的。

ENIAC诞生后，被人们誉为计算机之父的美籍匈牙利数学家冯•诺依曼(John Von Neumann)提出了重大的改进理论，主要有两点：一是电子计算机应该以二进制数为运算基础；二是电子计算机应采用存储程序的方式工作，并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置5个部分组成。这些理论的提出，解决了计算机的运算自动化问题和速度匹配问题，对计算机的发展起到了决定性的作用。

1．计算机的发展过程

在ENIAC诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进。通常人们习惯把电子计算机的发展历史分“代”，其实分代并没有统一的标准。若按计算机所采用的微电子器件的发展，可以将电子计算机分成以下几代。

(1)第一代计算机。第一代是电子管计算机时代(1946～1959年)，运算速度慢，内存容量小，使用机器语言和汇编语言编写程序。主要用于军事和科研部门的科学计算。

(2)第二代计算机。第二代是晶体管计算机时代(1959～1964年)，其主要特征是采用晶体管作为开关元件，使计算机的可靠性得到提高，而且体积大大缩小，运算速度加快，其外部设备和软件也越来越多，并且高级程序设计语言应运而生。

(3)第三代计算机。第三代计算机是小规模集成电路(Small Scale Integration，SSI)和中规模集成电路(Medium Scale Integration，MSI)计算机时代(1964～1975年)，它是以集成电路作为基础元件，这是微电子与计算机技术相结合的一大突破，并且有了操作系统。

(4)第四代计算机。第四代计算机是大规模集成电路(Large Scale Integration，LSI)和超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)计算机时代(1975～1990年)。

(5)第五代计算机。第五代计算机是超大规模集成电路(Ultra Large Scale Integration，ULSI)计算机时代(1990～2005年)，其主要标志有两个：一个是单片集成电路规模达100万个晶体管以上；另一个是超标量技术的成熟和广泛应用。

(6)第六代计算机。第六代计算机(2005年以后)是极大规模集成电路计算机，单片集成电路规模可达一亿到十亿个晶体管。

希赛教育研究生院专家提示：在有些场合，将第四、第五、第六代计算机统称为第四代计算机。

2．计算机的发展趋势

现在，世界已进入了计算机时代，计算机的发展趋势正向着“两极”分化。一极是微型计算机向更微型化、网络化、高性能、多用途方向发展。微型计算机分为台式机、便携机、笔记本、亚笔记本、掌上机等。由于它们体积小、成本低而占领了整个国民经济和社会生活的各个领域。另一极则是巨型机向更巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展，它是一个国家科技水平、经济实力、军事实力的象征。在解决天气预报、地震分析、航空气动、流体力学、卫星遥感、激光武器、海洋工程等方面的问题上，巨型机将大显身手。

随着新的元器件及其技术的发展，新型的超导计算机、量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进人们的生活，遍布各个领域。

3．存储程序的概念

冯• 诺依曼提出了存储程序控制的计算机结构，并开始了存储程序控制的计算机EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)的研制。存储程序概念可以简要地概括为以下几点：

(1)计算机(指硬件)主要由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大基本部件组成；

(2)计算机内部采用二进制来表示指令和数据；

(3)将编制好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，这就是存储程序的基本含义。

60多年以来，虽然计算机的发展速度是惊人的，但就其结构原理来说，目前绝大多数计算机仍建立在存储程序概念的基础上。通常把符合存储程序概念的计算机统称为冯•诺依曼型计算机，本书讨论的范围仅限于冯•诺依曼型计算机的组成。当然，现代计算机与早期计算机相比在结构上还是有许多改进的。

随着计算机技术的不断发展，也暴露出了冯•诺依曼型计算机的主要弱点：存储器访问会成为瓶颈。目前已出现了一些突破存储程序控制的计算机，统称为非冯计算机，如数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱动的智能计算机等。