1.计算机的诞生

1946年2月14日诞生了世界上第一台电子数字积分计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator），称为“埃尼阿克”。它是在美国陆军部的赞助下，由美国宾罗法尼亚大学的莫克利（John Mauchley）和埃克特（John Presper Eckert）研制的。计算机的主要任务是帮助军方计算弹道轨迹。

图1-1　ENIAC计算机

ENIAC占地面积约170平方米，重达30吨，耗电量150千瓦，造价40多万美元。它包含了18 000多只电子管，1500个继电器，70 000多只电阻，10 000多只电容，每秒钟可完成5000次加法运算，或400次乘法运算。它最初被专门用于军事上的弹道计算，后来经过多次改进，成为能进行各种科学计算的通用电子计算机，从诞生到结束使用历经了9年多时间。与以前的计算工具相比，它的计算速度快、精度高，能按给定的程序自动进行计算。但与现代计算机相比，它的速度却很慢，容量小，操作复杂、稳定性差。尽管如此，这台计算机的问世，标志着计算机时代的开始，它开创了计算机的新纪元。

2.冯·诺依曼结构计算机

时任弹道研究所顾问，正在参加美国第一颗原子弹研制工作的美籍匈牙利科学家冯·诺依曼在原子弹研制过程中遇到大量计算问题，在研制过程中期加入了莫克利和埃克特的ENIAC研制小组。针对ENIAC在存储程序方面存在的致命弱点，冯·诺依曼和他的研制小组在共同讨论的基础上，提出了全新的“存储程序通用电子计算机方案”——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer），在此过程中他对计算机的许多关键性问题的解决做出了重要贡献，从而保证了电子计算机的顺利问世。

这个方案包含以下三个要点。

（1）数制由原来的十进制改为采用二进制数的形式表示数据和指令；

（2）将指令和数据按执行顺序都存放在存储器中；

（3）由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机。(www.daowen.com)

其工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”，就是通常所说的“顺序存储程序”的概念。人们把按照这一原理设计的计算机称为“冯·诺依曼型计算机”。因此冯·诺依曼也被称为“现代计算机之父”。

3.计算机的发展

自从第一台电子计算机ENIAC诞生以来，现代计算机的发展经历了半个多世纪，电子元件的发展、计算机系统结构和计算机软件技术的发展都对计算机的发展起着重大的推动作用。随着计算机所用逻辑元件的变化，以计算机元器件的变革作为主要标志，将计算机的发展分为四个阶段。这四个阶段也称为计算机发展的四个时代。

（1）第一代计算机（1946—1958年）。第一代计算机我们称之为“电子管计算机时代”。从硬件方面来看，第一代计算机大都采用了电子管作为计算机的基本逻辑部件，普遍体积庞大、笨重、耗电多、可靠性差、速度慢、维护困难；从软件方面来看，主要是使用机器语言来进行程序设计（50年代中期开始使用汇编语言）。这一代计算机主要用于军事目的和科学研究，其中具有代表意义的机器有ENIAC、EDVAC、EDSAC、UNIVAC等。运算速度每秒仅为数千至数万次。

（2）第二代计算机（1959—1964年）。第二代计算机的电子元件采用了比电子管更先进的晶体管，所以我们将这段时期称为“晶体管计算机时代”。逻辑元件采用了晶体管以后，计算机的体积大大缩小，耗电减少，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高。主存储器采用磁芯，外存储器已开始使用更先进的磁盘；软件有了很大发展，出现了各种各样的高级语言及其编译程序，还出现了以批处理为主的操作系统，主要应用于科学计算和数据处理，并开始用于工业控制。运算速度达到每秒数百万次。

（3）第三代计算机（1965—1970年）。第三代计算机的电子元件主要采用了中、小规模的集成电路，计算机的体积、重量进一步减小，运算速度和可靠性进一步提高，因此这段时期被称为“中小规模集成电路计算机时代”。集成电路是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小，却包含了几千个晶体管元件。在软件方面，操作系统的出现使计算机的功能越来越强。因此，计算机的应用又扩展到文字处理、企业管理、交通管理、情报检索、自动控制等领域。运算速度达到每秒数千万次以上。

（4）第四代计算机（1971年至今）。第四代计算机是使用大规模集成电路和超大规模集成电路制造的计算机，被称之为“大规模集成电路计算机时代”。第四代计算机使用的元件依然是集成电路，不过，这种集成电路已经大大改善，它包含着几十万到上百万个晶体管，人们称之为大规模集成电路和超大规模集成电路。软件方面，操作系统不断发展和完善，数据库系统进一步发展，软件业已发展成为现代新型行业。在这一代计算机中，由于使用了大规模集成电路和超大规模集成电路，使得数据通信、计算机网络有了极大的发展，微型计算机也异军突起，遍及全球。计算机的应用开始普及，深入到人类生活的各个方面，应用领域扩展到了社会的各个角落。

新一代计算机（Future Generation Computer Systems，FGCS），即未来计算机的目标是使其具有智能特性，具有知识表达和推理能力，能模拟人的分析、决策、计划和其他智能活动，具有人机自然通信能力，并称其为知识信息处理系统。现在已经开始了对神经网络计算机、生物计算机等的研究，并取得了可喜的进展。特别是生物计算机的研究表明，采用蛋白分子为主要原材料的生物芯片的处理速度比现今最快的计算机的速度还要快100万倍，而能量消耗仅为现代计算机的10亿分之一。

在计算机的发展史上，涌现出了许多著名的人物。查尔斯·巴贝奇（1792－1871年），英国数学家，在近代计算机发展中，查尔斯巴贝奇起着奠基的作用。他的主要贡献有：①1822年设计了“差分机”；②1834年设计了“分析机”（以上两种机器均用蒸汽机作为动力）；③在他的分析机中已经具有输入、处理、存储、输出及控制5个基本装置的构思。当时他还提出了“条件转移”的思想。这些构思已成为今天计算机硬件系统组成的基本框架。霍华德·艾肯（1900－1973年），美国人，1936年他提出用机电方法而不是纯机械方法来实现巴贝奇分析机的想法，1944年他成功地制造了MarkⅠ计算机，使巴贝奇的梦想变成了现实。阿兰·图灵（1912－1954年），英国数学家，他为计算机的诞生奠定了理论基础，1936年提出了计算机的抽象理论模型，发展了可计算性理论。以他名字命名的图灵奖也是当前计算机界最负盛名的奖项，有“计算机界诺贝尔奖”之称。