計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史
最新計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史
計(jì)算機(jī)（computer）俗稱電腦，是現(xiàn)代一種用于高速計(jì)算的電子計(jì)算機(jī)器，可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，又可以進(jìn)行邏輯計(jì)算，還具有存儲(chǔ)記憶功能。下面給大家?guī)硪恍╆P(guān)于計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，歡迎閱讀與借鑒，希望對(duì)你們有幫助!
目錄
計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)成分為哪幾個(gè)部分
計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程
一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生
第一臺(tái)計(jì)算機(jī)(ENIAC)于1946年2月,在美國誕生。
ENIAC PC機(jī)
耗資 100萬美圓 600美圓
重量 30噸 10kg
占地 150平方米 0.25平方米
電子器件 1.9萬只電子管 100塊集成電路
運(yùn)算速度 5000次/秒 500萬次/秒
二、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史
1、第一代計(jì)算機(jī)(1946~1958)
電子管為基本電子器件;使用機(jī)器語言和匯編語言;主要應(yīng)用于國防和科學(xué)計(jì)算;運(yùn)算速度每秒幾千次至幾萬次。
2、第二代計(jì)算機(jī)(1958~1964)
晶體管為主要器件;軟件上出現(xiàn)了操作系統(tǒng)和算法語言;運(yùn)算速度每秒幾萬次至幾十萬次。
3、第三代計(jì)算機(jī)(1964~1971)
普遍采用集成電路;體積縮小;運(yùn)算速度每秒幾十萬次至幾百萬次。
4、第四代計(jì)算機(jī)(1971~ )
以大規(guī)模集成電路為主要器件;運(yùn)算速度每秒幾百萬次至上億次。
三、我國計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史
從1953年開始研究，到1958年研制出了我國第一臺(tái)計(jì)算機(jī)
在1982年我國研制出了運(yùn)算速度1億次的銀河I、II型等小型系列機(jī)。
計(jì)算機(jī)的歷史
計(jì)算機(jī)是新技術(shù)革命的一支主力，也是推動(dòng)社會(huì)向現(xiàn)代化邁進(jìn)的活躍因素。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是第二次世界大戰(zhàn)以來發(fā)展最快、影響最為深遠(yuǎn)的新興學(xué)科之一。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)已在世界范圍內(nèi)發(fā)展成為一種極富生命力的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是一種按程序自動(dòng)進(jìn)行信息處理的通用工具,它的處理對(duì)象是信息，處理結(jié)果也是信息。利用計(jì)算機(jī)解決科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)、經(jīng)營管理、過程控制或人工智能等各種問題的方法，都是按照一定的算法進(jìn)行的。這種算法是定義精確的一系列規(guī)則，它指出怎樣以給定的輸入信息經(jīng)過有限的步驟產(chǎn)生所需要的輸出信息。
信息處理的一般過程，是計(jì)算機(jī)使用者針對(duì)待解抉的問題,事先編制程序并存入計(jì)算機(jī)內(nèi)，然后利用存儲(chǔ)程序指揮、控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行各種基本操作，直至獲得預(yù)期的處理結(jié)果。計(jì)算機(jī)自動(dòng)工作的基礎(chǔ)在于這種存儲(chǔ)程序方式，其通用性的基礎(chǔ)則在于利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的共性方法。
計(jì)算機(jī)的歷史
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)問世之前，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械式計(jì)算機(jī)、機(jī)電式計(jì)算機(jī)和萌芽期的電子計(jì)算機(jī)三個(gè)階段。
早在17世紀(jì)，歐洲一批數(shù)學(xué)家就已開始設(shè)計(jì)和制造以數(shù)字形式進(jìn)行基本運(yùn)算的數(shù)字計(jì)算機(jī)。1642年，法國數(shù)學(xué)家帕斯卡采用與鐘表類似的齒輪傳動(dòng)裝置，制成了最早的十進(jìn)制加法器。1678年，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲制成的計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步解決了十進(jìn)制數(shù)的乘、除運(yùn)算。
英國數(shù)學(xué)家巴貝奇在1822年制作差分機(jī)模型時(shí)提出一個(gè)設(shè)想，每次完成一次算術(shù)運(yùn)算將發(fā)展為自動(dòng)完成某個(gè)特定的完整運(yùn)算過程。1884年，巴貝奇設(shè)計(jì)了一種程序控制的通用分析機(jī)。這臺(tái)分析機(jī)雖然已經(jīng)描繪出有關(guān)程序控制方式計(jì)算機(jī)的雛型，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件而未能實(shí)現(xiàn)。
巴貝奇的設(shè)想提出以后的一百多年期間，電磁學(xué)、電工學(xué)、電子學(xué)不斷取得重大進(jìn)展，在元件、器件方面接連發(fā)明了真空二極管和真空三極管;在系統(tǒng)技術(shù)方面，相繼發(fā)明了無線電報(bào)、電視和雷達(dá)……。所有這些成就為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展準(zhǔn)備了技術(shù)和物質(zhì)條件。
與此同時(shí)，數(shù)學(xué)、物理也相應(yīng)地蓬勃發(fā)展。到了20世紀(jì)30年代，物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域經(jīng)歷著定量化的階段，描述各種物理過程的數(shù)學(xué)方程，其中有的用經(jīng)典的分析方法已根難解決。于是，數(shù)值分析受到了重視，研究出各種數(shù)值積分，數(shù)值微分，以及微分方程數(shù)值解法，把計(jì)算過程歸結(jié)為巨量的基本運(yùn)算，從而奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的數(shù)值算法基礎(chǔ)。
社會(huì)上對(duì)先進(jìn)計(jì)算工具多方面迫切的需要，是促使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)誕生的根本動(dòng)力。20世紀(jì)以后，各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)部門的計(jì)算困難堆積如山，已經(jīng)阻礙了學(xué)科的繼續(xù)發(fā)展。特別是第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前后，軍事科學(xué)技術(shù)對(duì)高速計(jì)算工具的需要尤為迫切。在此期間，德國、美國、英國部在進(jìn)行計(jì)算機(jī)的開拓工作，幾乎同時(shí)開始了機(jī)電式計(jì)算機(jī)和電子計(jì)算機(jī)的研究。
德國的朱賽最先采用電氣元件制造計(jì)算機(jī)。他在1941年制成的全自動(dòng)繼電器計(jì)算機(jī)Z-3，已具備浮點(diǎn)記數(shù)、二進(jìn)制運(yùn)算、數(shù)字存儲(chǔ)地址的指令形式等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特征。在美國，1940~1947年期間也相繼制成了繼電器計(jì)算機(jī)MARK-1、MARK-2、Model-1、Model-5等。不過，繼電器的開關(guān)速度大約為百分之一秒，使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度受到很大限制。
電子計(jì)算機(jī)的開拓過程，經(jīng)歷了從制作部件到整機(jī)從專用機(jī)到通用機(jī)、從“外加式程序”到“存儲(chǔ)程序”的演變。1938年，美籍保加利亞學(xué)者阿塔納索夫首先制成了電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件。1943年，英國外交部通信處制成了“巨人”電子計(jì)算機(jī)。這是一種專用的密碼分析機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)中得到了應(yīng)用。
1946年2月美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院制成的大型電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)(ENIAC)，最初也專門用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。這臺(tái)完全采用電子線路執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度比繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍。這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。但是，這種計(jì)算機(jī)的程序仍然是外加式的，存儲(chǔ)容量也太小，尚未完全具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征。
新的重大突破是由數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)小組完成的。1945年3月他們發(fā)表了一個(gè)全新的存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)方案-電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDVAC)。隨后于1946年6月，馮·諾伊曼等人提出了更為完善的設(shè)計(jì)報(bào)告《電子計(jì)算機(jī)裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探》。同年7~8月間，他們又在莫爾學(xué)院為美國和英國二十多個(gè)機(jī)構(gòu)的專家講授了專門課程《電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)》，推動(dòng)了存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。
1949年，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室率先制成電子離散時(shí)序自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDSAC);美國則于1950年制成了東部標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)計(jì)算機(jī)(SFAC)等。至此，電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的萌芽時(shí)期遂告結(jié)束，開始了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展時(shí)期。
在創(chuàng)制數(shù)字計(jì)算機(jī)的同時(shí)，還研制了另一類重要的計(jì)算工具--模擬計(jì)算機(jī)。物理學(xué)家在總結(jié)自然規(guī)律時(shí)，常用數(shù)學(xué)方程描述某一過程;相反，解數(shù)學(xué)方程的過程，也有可能采用物理過程模擬方法，對(duì)數(shù)發(fā)明以后，1620年制成的計(jì)算尺，己把乘法、除法化為加法、減法進(jìn)行計(jì)算。麥克斯韋巧妙地把積分(面積)的計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)殚L度的測(cè)量，于1855年制成了積分儀。
19世紀(jì)數(shù)學(xué)物理的另一項(xiàng)重大成就--傅里葉分析，對(duì)模擬機(jī)的發(fā)展起到了直接的推動(dòng)作用。19世紀(jì)后期和20世紀(jì)前期，相繼制成了多種計(jì)算傅里葉系數(shù)的分析機(jī)和解微分方程的微分分析機(jī)等。但是當(dāng)試圖推廣微分分析機(jī)解偏微分方程和用模擬機(jī)解決一般科學(xué)計(jì)算問題時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到模擬機(jī)在通用性和精確度等方面的局限性，并將主要精力轉(zhuǎn)向了數(shù)字計(jì)算機(jī)。
電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世以后，模擬計(jì)算機(jī)仍然繼續(xù)有所發(fā)展，并且與數(shù)字計(jì)算機(jī)相結(jié)合而產(chǎn)生了混合式計(jì)算機(jī)。模擬機(jī)和混合機(jī)已發(fā)展成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特殊品種，即用在特定領(lǐng)域的高效信息處理工具或仿真工具。
20世紀(jì)中期以來，計(jì)算機(jī)一直處于高速度發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)由僅包含硬件發(fā)展到包含硬件、軟件和固件三類子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能-價(jià)格比，平均每10年提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。計(jì)算機(jī)種類也一再分化，發(fā)展成微型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)(包括巨型、大型和中型計(jì)算機(jī))，以及各種專用機(jī)(如各種控制計(jì)算機(jī)、模擬-數(shù)字混合計(jì)算機(jī))等。
計(jì)算機(jī)器件從電子管到晶體管，再從分立元件到集成電路以至微處理器，促使計(jì)算機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了三次飛躍。
在電子管計(jì)算機(jī)時(shí)期(1946~1959)，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。主存儲(chǔ)器是決定計(jì)算機(jī)技術(shù)面貌的主要因素。當(dāng)時(shí)，主存儲(chǔ)器有水銀延遲線存儲(chǔ)器、陰極射線示波管靜電存儲(chǔ)器、磁鼓和磁心存儲(chǔ)器等類型，通常按此對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分類。
到了晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)期(1959~1964)，主存儲(chǔ)器均采用磁心存儲(chǔ)器，磁鼓和磁盤開始用作主要的輔助存儲(chǔ)器。不僅科學(xué)計(jì)算用計(jì)算機(jī)繼續(xù)發(fā)展，而且中、小型計(jì)算機(jī)，特別是廉價(jià)的小型數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)開始大量生產(chǎn)。
1964年，在集成電路計(jì)算機(jī)發(fā)展的同時(shí)，計(jì)算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品系列化的發(fā)展時(shí)期。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器逐步取代了磁心存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)器地位，磁盤成了不可缺少的輔助存儲(chǔ)器，并且開始普遍采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。隨著各種半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器和可改寫的只讀存儲(chǔ)器的迅速發(fā)展，以及微程序技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中開始出現(xiàn)固件子系統(tǒng)。
20世紀(jì)70年代以后，計(jì)算機(jī)用集成電路的集成度迅速從中小規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模、超大規(guī)模的水平，微處理器和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，各類計(jì)算機(jī)的性能迅速提高。隨著字長4位、8位、16位、32位和64位的微型計(jì)算機(jī)相繼問世和廣泛應(yīng)用，對(duì)小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)的需求量也相應(yīng)增長了。
微型計(jì)算機(jī)在社會(huì)上大量應(yīng)用后，一座辦公樓、一所學(xué)校、一個(gè)倉庫常常擁有數(shù)十臺(tái)以至數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)它們互連的局部網(wǎng)隨即興起，進(jìn)一步推動(dòng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從集中式系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)的發(fā)展。
在電子管計(jì)算機(jī)時(shí)期，一些計(jì)算機(jī)配置了匯編語言和子程序庫，科學(xué)計(jì)算用的高級(jí)語言FORTRAN初露頭角。在晶體管計(jì)算機(jī)階段，事務(wù)處理的COBOL語言、科學(xué)計(jì)算機(jī)用的ALGOL語言，和符號(hào)處理用的LISP等高級(jí)語言開始進(jìn)入實(shí)用階段。操作系統(tǒng)初步成型，使計(jì)算機(jī)的使用方式由手工操作改變?yōu)樽詣?dòng)作業(yè)管理。
進(jìn)入集成電路計(jì)算機(jī)發(fā)展時(shí)期以后，在計(jì)算機(jī)中形成了相當(dāng)規(guī)模的軟件子系統(tǒng)，高級(jí)語言種類進(jìn)一步增加，操作系統(tǒng)日趨完善，具備批量處理、分時(shí)處理、實(shí)時(shí)處理等多種功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信處理程序、網(wǎng)絡(luò)軟件等也不斷增添到軟件子系統(tǒng)中。軟件子系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，明顯地改變了計(jì)算機(jī)的使用屬性，使用效率顯著提高。
在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，外圍設(shè)備的價(jià)值一般已超過計(jì)算機(jī)硬件子系統(tǒng)的一半以上，其技術(shù)水平在很大程度上決定著計(jì)算機(jī)的技術(shù)面貌。外圍設(shè)備技術(shù)的綜合性很強(qiáng)，既依賴于電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等多門學(xué)科知識(shí)的綜合，又取決于精密機(jī)械工藝、電氣和電子加工工藝以及計(jì)量的技術(shù)和工藝水平等。
外圍設(shè)備包括輔助存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備兩大類。輔助存儲(chǔ)器包括磁盤、磁鼓、磁帶、激光存儲(chǔ)器、海量存儲(chǔ)器和縮微存儲(chǔ)器等;輸入輸出設(shè)備又分為輸入、輸出、轉(zhuǎn)換、、模式信息處理設(shè)備和終端設(shè)備。在這些品種繁多的設(shè)備中，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)面貌影響最大的是磁盤、終端設(shè)備、模式信息處理設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備等。
新一代計(jì)算機(jī)是把信息采集存儲(chǔ)處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅能進(jìn)行一般信息處理，而且能面向知識(shí)處理，具有形式化推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力，將能幫助人類開拓未知的領(lǐng)域和獲得新的知識(shí)。
計(jì)算技術(shù)在中國的發(fā)展 在人類文明發(fā)展的歷史上中國曾經(jīng)在早期計(jì)算工具的發(fā)明創(chuàng)造方面寫過光輝的一頁。遠(yuǎn)在商代，中國就創(chuàng)造了十進(jìn)制記數(shù)方法，領(lǐng)先于世界千余年。到了周代，發(fā)明了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算工具--算籌。這是一種用竹、木或骨制成的顏色不同的小棍。計(jì)算每一個(gè)數(shù)學(xué)問題時(shí)，通常編出一套歌訣形式的算法，一邊計(jì)算，一邊不斷地重新布棍。中國古代數(shù)學(xué)家祖沖之，就是用算籌計(jì)算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間。這一結(jié)果比西方早一千年。
珠算盤是中國的又一獨(dú)創(chuàng)，也是計(jì)算工具發(fā)展史上的第一項(xiàng)重大發(fā)明。這種輕巧靈活、攜帶方便、與人民生活關(guān)系密切的計(jì)算工具，最初大約出現(xiàn)于漢朝，到元朝時(shí)漸趨成熟。珠算盤不僅對(duì)中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起過有益的作用，而且傳到日本、朝鮮、東南亞等地區(qū)，經(jīng)受了歷史的考驗(yàn)，至今仍在使用。
中國發(fā)明創(chuàng)造指南車、水運(yùn)渾象儀、記里鼓車、提花機(jī)等，不僅對(duì)自動(dòng)控制機(jī)械的發(fā)展有卓越的貢獻(xiàn)，而且對(duì)計(jì)算工具的演進(jìn)產(chǎn)生了直接或間接的影響。例如，張衡制作的水運(yùn)渾象儀，可以自動(dòng)地與地球運(yùn)轉(zhuǎn)同步，后經(jīng)唐、宋兩代的改進(jìn)，遂成為世界上最早的天文鐘。
記里鼓車則是世界上最早的自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置。提花機(jī)原理劉計(jì)算機(jī)程序控制的發(fā)展有過間接的影響。中國古代用陽、陰兩爻構(gòu)成八卦，也對(duì)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展有過直接的影響。萊布尼茲寫過研究八卦的論文，系統(tǒng)地提出了二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算法則。他認(rèn)為，世界上最早的二進(jìn)制表示法就是中國的八卦。
經(jīng)過漫長的沉寂，新中國成立后，中國計(jì)算技術(shù)邁入了新的發(fā)展時(shí)期，先后建立了研究機(jī)構(gòu)，在高等院校建立了計(jì)算技術(shù)與裝置專業(yè)和計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)，并且著手創(chuàng)建中國計(jì)算機(jī)制造業(yè)。
1958年和1959年，中國先后制成第一臺(tái)小型和大型電子管計(jì)算機(jī)。60年代中期，中國研制成功一批晶體管計(jì)算機(jī)，并配制了ALGOL等語言的編譯程序和其他系統(tǒng)軟件。60年代后期，中國開始研究集成電路計(jì)算機(jī)。70年代，中國已批量生產(chǎn)小型集成電路計(jì)算機(jī)。80年代以后，中國開始重點(diǎn)研制微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并推廣應(yīng)用;在大型計(jì)算機(jī)、特別是巨型計(jì)算機(jī)技術(shù)方面也取得了重要進(jìn)展;建立了計(jì)算機(jī)服務(wù)業(yè)，逐步健全了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的研究方面，中國在有限元計(jì)算方法、數(shù)學(xué)定理的機(jī)器證明、漢字信息處理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件等方面都有所建樹。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面，中國在科學(xué)計(jì)算與工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了顯著成就。在有關(guān)經(jīng)營管理和過程控制等方面，計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究和實(shí)踐也日益活躍。
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一門實(shí)用性很強(qiáng)、發(fā)展極其迅速的面向廣大社會(huì)的技術(shù)學(xué)科，它建立在數(shù)學(xué)、電子學(xué) (特別是微電子學(xué))、磁學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械等多門學(xué)科的基礎(chǔ)之上。但是，它并不是簡單地應(yīng)用某些學(xué)科的知識(shí)，而是經(jīng)過高度綜合形成一整套有關(guān)信息表示、變換、存儲(chǔ)、處理、控制和利用的理論、方法和技術(shù)。
計(jì)算機(jī)科學(xué)是研究計(jì)算機(jī)及其周圍各種現(xiàn)象與規(guī)模的科學(xué)，主要包括理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件和人工智能等。計(jì)算機(jī)技術(shù)則泛指計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中所應(yīng)用的技術(shù)方法和技術(shù)手段，包括計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)技術(shù)、軟件技術(shù)、部件技術(shù)、器件技術(shù)和組裝技術(shù)等。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)包括五個(gè)分支學(xué)科，即理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)、計(jì)算機(jī)軟件和計(jì)算機(jī)應(yīng)用。
理論計(jì)算機(jī)學(xué) 是研究計(jì)算機(jī)基本理論的學(xué)科。在幾千年的數(shù)學(xué)發(fā)展中，人們研究了各式各樣的計(jì)算，創(chuàng)立了許多算法。但是，以計(jì)算或算法本身的性質(zhì)為研究對(duì)象的數(shù)學(xué)理論，卻是在20世紀(jì)30年代才發(fā)展起來的。
當(dāng)時(shí)，由幾位數(shù)理邏輯學(xué)者建立的算法理論，即可計(jì)算性理論或稱遞歸函數(shù)論，對(duì)20世紀(jì)40年代現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的形成產(chǎn)生過影響。此后，關(guān)于現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)及其程序的數(shù)學(xué)模型性質(zhì)的研究，以及計(jì)算復(fù)雜性的研究等不斷有所發(fā)展。
理論計(jì)算機(jī)科學(xué)包括自動(dòng)機(jī)論、形式語言理論、程序理論、算法分析，以及計(jì)算復(fù)雜性理論等。自動(dòng)機(jī)是現(xiàn)實(shí)自動(dòng)計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型，或者說是現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)程序的模型，自動(dòng)機(jī)理論的任務(wù)就在于研究這種抽象機(jī)器的模型;程序設(shè)計(jì)語言是一種形式語言，形式語言理論根據(jù)語言表達(dá)能力的強(qiáng)弱分為O~3型語言，與圖靈機(jī)等四類自動(dòng)機(jī)逐一對(duì)應(yīng);程序理論是研究程序邏輯、程序復(fù)雜性、程序正確性證明、程序驗(yàn)證、程序綜合、形式語言學(xué)，以及程序設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ);算法分析研究各種特定算法的性質(zhì)。計(jì)算復(fù)雜性理論研究算法復(fù)雜性的一般性質(zhì)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 程序設(shè)計(jì)者所見的計(jì)算機(jī)屬性，著重于計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)和功能特性，硬件、軟件和固件子系統(tǒng)的功能分配及其界面的確定。使用高級(jí)語言的程序設(shè)計(jì)者所見到的計(jì)算機(jī)屬性，主要是軟件子系統(tǒng)和固件子系統(tǒng)的屬性，包括程序語言以及操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等的用戶界面。使用機(jī)器語言的程序設(shè)計(jì)者所見到的計(jì)算機(jī)屬性，則是硬件子系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)(硬件子系統(tǒng)結(jié)構(gòu))及其功能特性，包括指令系統(tǒng)(機(jī)器語言)，以及寄存器定義、中斷機(jī)構(gòu)、輸入輸出方式、機(jī)器工作狀態(tài)等。
硬件子系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，它由運(yùn)算器控制器、存儲(chǔ)器和輸入、輸出設(shè)備組成，采用“指令驅(qū)動(dòng)”方式。當(dāng)初，它是為解非線性、微分方程而設(shè)計(jì)的，并未預(yù)見到高級(jí)語言、操作系統(tǒng)等的出現(xiàn)，以及適應(yīng)其他應(yīng)用環(huán)境的特殊要求。在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，軟件子系統(tǒng)都是以這種馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)而發(fā)展的。但是，其間不相適應(yīng)的情況逐漸暴露出來，從而推動(dòng)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。
計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn) 是研究組成計(jì)算機(jī)的功能、部件間的相互連接和相互作用，以及有關(guān)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，均屬于計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定分配給硬子系統(tǒng)的功能及其概念結(jié)構(gòu)之后，計(jì)算機(jī)組織的任務(wù)就是研究各組成部分的內(nèi)部構(gòu)造和相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令級(jí)的各種功能和特性。這種相互聯(lián)系包括各功能部件的布置、相互連接和相互作用。
隨著計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展和性能的提高，計(jì)算機(jī)包含的功能部件也日益增多，其間的互連結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。現(xiàn)代已有三類互連方式，分別以中央處理器、存儲(chǔ)器或通信子系統(tǒng)為中心，與其他部件互連。以通信子系統(tǒng)為中心的組織方式，使計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)緊密結(jié)合，形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等重要的計(jì)算機(jī)研究與應(yīng)用領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史內(nèi)容
眾所周知的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是美國軍方定制，專門為了計(jì)算彈道和射擊特性表面而研制的，承擔(dān)開發(fā)任務(wù)的"莫爾小組"由四位科學(xué)家和工程師?？颂?、莫克利、戈?duì)査固?、博克斯組成。1946年這臺(tái)計(jì)算機(jī)主要元器件采用的是電子管。該機(jī)使用了1500個(gè)繼電器，18800個(gè)電子管，占地170m，重量重達(dá)30多噸，耗電150KW，造價(jià)48萬美元。開機(jī)時(shí)讓周圍居民暫時(shí)停電。這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒能完成5000次加法運(yùn)算，400次乘法運(yùn)算，比當(dāng)時(shí)最快的計(jì)算工具快300倍，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬倍。用今天的標(biāo)準(zhǔn)看，它是那樣的"笨拙"和"低級(jí)"，其功能遠(yuǎn)不如一只掌上可編程計(jì)算器，但它使科學(xué)家們從復(fù)雜的計(jì)算中解脫出來，它的誕生標(biāo)志著人類進(jìn)入了一個(gè)嶄新的信息革命時(shí)代。
然而，英國在二戰(zhàn)期間研制的用于密電的電子計(jì)算機(jī)巨人(Colossus)卻要比ENIAC早兩年(1943年12 )，巨人計(jì)算機(jī)是第一部全然電子化的電腦器件，使用了數(shù)量龐大的真空管，以紙帶作為輸入器件，能夠執(zhí)行各種布林邏輯的運(yùn)算，但仍未具備圖靈完全的標(biāo)準(zhǔn)。巨人計(jì)算機(jī)建造到第9部"馬克二號(hào)"4，但是其實(shí)體器件、設(shè)計(jì)圖樣和操作方法，直到1970年代都還是一個(gè)謎。后來溫斯頓·丘吉爾親自下達(dá)一項(xiàng)銷毀命令，將巨人計(jì)算機(jī)全都拆解成巴掌大小的廢鐵，巨人計(jì)算機(jī)才因此在許多計(jì)算機(jī)歷史里都未留下一紙紀(jì)錄。英國布萊切利園目前展有巨人計(jì)算機(jī)的重建機(jī)種。
第一代
電子管計(jì)算機(jī)(1946-1957)這一階段計(jì)算機(jī)的主要特征是采用電子管元件作基本器件，用光屏管或汞延時(shí)電路作存儲(chǔ)器，輸入與輸出主要采用穿孔卡片或紙帶，體積大、耗電量大、速度慢、存儲(chǔ)容量小、可靠性差、維護(hù)困難且價(jià)格昂貴。在軟件上，通常使用機(jī)器語言或者匯編語言，來編寫應(yīng)用程序。因此這一時(shí)代的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。
這時(shí)的計(jì)算機(jī)的基本線路是采用電子管結(jié)構(gòu)，程序從人工手編的機(jī)器指令程序，過渡到符號(hào)語言，第一代電子計(jì)算機(jī)是計(jì)算工具革命性發(fā)展的開始，它所采用的二進(jìn)位制與程序存貯等基本技術(shù)思想，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)。以馮·諾依曼為代表。
第二代
晶體管計(jì)算機(jī)(1957-1964)20世紀(jì)50年代中期，晶體管的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)生產(chǎn)技術(shù)得到了根本性的發(fā)展，由晶體管代替電子管作為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)器件，用磁芯或磁鼓作存儲(chǔ)器，在整體性能上，比第一代計(jì)算機(jī)有了很大的提高。同時(shí)程序語言也相應(yīng)的出現(xiàn)了，如Fortran，Cobol，Algo160等計(jì)算機(jī)高級(jí)語言。晶體管計(jì)算機(jī)被用于科學(xué)計(jì)算的同時(shí)，也開始在數(shù)據(jù)處理、過程控制方面得到應(yīng)用。
在20世紀(jì)50年代之前第一代，計(jì)算機(jī)都采用電子管作元件。電子管元件在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量太多，可靠性較差，運(yùn)算速度不快，價(jià)格昂貴，體積龐大，這些都使計(jì)算機(jī)發(fā)展受到限制。于是，晶體管開始被用來作計(jì)算機(jī)的元件。晶體管不僅能實(shí)現(xiàn)電子管的功能，又具有尺寸小、重量輕、壽命長、效率高、發(fā)熱少、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。使用晶體管后，電子線路的結(jié)構(gòu)大大改觀，制造高速電子計(jì)算機(jī)就更容易實(shí)現(xiàn)了。
第三代
中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1964-1971)20世紀(jì)60年代中期，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，成功制造了集成電路。中小規(guī)模集成電路成為計(jì)算機(jī)的主要部件，主存儲(chǔ)器也漸漸過渡到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，使計(jì)算機(jī)的體積更小，大大降低了計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)的功耗，由于減少了焊點(diǎn)和接插件，進(jìn)一步提高了計(jì)算機(jī)的可靠性。在軟件方面，有了標(biāo)準(zhǔn)化的程序設(shè)計(jì)語言和人機(jī)會(huì)話式的Basic語言，其應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步擴(kuò)大。
第四代
大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1971-2016)隨著大規(guī)模集成電路的成功制作并用于計(jì)算機(jī)硬件生產(chǎn)過程，計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，性能進(jìn)一步提高。集成更高的大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為內(nèi)存儲(chǔ)器，發(fā)展了并行技術(shù)和多機(jī)系統(tǒng)，出現(xiàn)了精簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)，軟件系統(tǒng)工程化、理論化，程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化。微型計(jì)算機(jī)在社會(huì)上的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，幾乎所有領(lǐng)域都能看到計(jì)算機(jī)的"身影"。
第五代
第五代計(jì)算機(jī)指具有人工智能的新一代計(jì)算機(jī)，它具有推理、聯(lián)想、判斷、決策、學(xué)習(xí)等功能。計(jì)算機(jī)的發(fā)展將在什么時(shí)候進(jìn)入第五代?什么是第五代計(jì)算機(jī)?對(duì)于這樣的問題，已經(jīng)有一個(gè)明確統(tǒng)一的說法了。
IBM發(fā)表聲明稱，該公司已經(jīng)研制出一款能夠模擬人腦神經(jīng)元、突觸功能以及其他腦功能的微芯片，從而完成計(jì)算功能，這是模擬人腦芯片領(lǐng)域所取得的又一大進(jìn)展。IBM表示，這款微芯片擅長完成模式識(shí)別和物體分類等繁瑣任務(wù)，而且功耗還遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)硬件。
值得注意的是，它并非想要用新的芯片取代原有的計(jì)算機(jī)芯片。IBM在其網(wǎng)站上介紹，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)關(guān)注語言和分析思考，而神經(jīng)突觸核心能夠解決感知和形狀識(shí)別的問題，它們分別像人類的左腦和右腦一樣;而IBM接下來想要做的，就是讓"左腦"和"右腦"連接起來合作，形成一種新的"整體計(jì)算智能"。從這個(gè)說法上來看，傳統(tǒng)的芯片擅長大量的符號(hào)運(yùn)算和數(shù)字處理，而神經(jīng)突觸核心的優(yōu)勢(shì)在于多感官和實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)處理。比如，Modha曾經(jīng)表示，團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種頭戴設(shè)備，能夠幫助盲人感知外部環(huán)境;而這一次IBM稱，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，這種芯片可以在錄像片段中檢測(cè)人、汽車、卡車和公共汽車，并識(shí)別出了它們。這其實(shí)就是依靠神經(jīng)突觸核心來完成的。
但有一點(diǎn)可以肯定，在現(xiàn)在的智能社會(huì)中，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)會(huì)三位一體化。新世紀(jì)的計(jì)算機(jī)將把人從重復(fù)、枯燥的信息處理中解脫出來，從而改變我們的工作、生活和學(xué)習(xí)方式，給人類和社會(huì)拓展了更大的生存和發(fā)展空間。當(dāng)歷史的車輪不斷前行時(shí)，我們會(huì)面對(duì)各種各樣的未來計(jì)算機(jī)。
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
運(yùn)算速度快：
計(jì)算機(jī)內(nèi)部電路組成，可以高速準(zhǔn)確地完成各種算術(shù)運(yùn)算。當(dāng)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算速度已達(dá)到每秒萬億次，微機(jī)也可達(dá)每秒億次以上，使大量復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算問題得以解決。例如：衛(wèi)星軌道的計(jì)算、大型水壩的計(jì)算、24小時(shí)天氣算需要幾年甚至幾十年，而在現(xiàn)代社會(huì)里，用計(jì)算機(jī)只需幾分鐘就可完成。
計(jì)算精確度高：
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計(jì)算。計(jì)算機(jī)控制的導(dǎo)彈之所以能準(zhǔn)確地?fù)糁蓄A(yù)定的目標(biāo)，是與計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算分不開的。一般計(jì)算機(jī)可以有十幾位甚至幾十位(二進(jìn)制)有效數(shù)字，計(jì)算精度可由千分之幾到百萬分之幾，是任何計(jì)算工具所望塵莫及的。
邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)：
計(jì)算機(jī)不僅能進(jìn)行精確計(jì)算，還具有邏輯運(yùn)算功能，能對(duì)信息進(jìn)行比較和判斷。計(jì)算機(jī)能把參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)、程序以及中間結(jié)果和最后結(jié)果保存起來，并能根據(jù)判斷的結(jié)果自動(dòng)執(zhí)行下一條指令以供用戶隨時(shí)調(diào)用。
存儲(chǔ)容量大：
計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器具有記憶特性，可以存儲(chǔ)大量的信息，這些信息，不僅包括各類數(shù)據(jù)信息，還包括加工這些數(shù)據(jù)的程序。
自動(dòng)化程度高：
由于計(jì)算機(jī)具有存儲(chǔ)記憶能力和邏輯判斷能力，所以人們可以將預(yù)先編好的程序組納入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，在程序控制下，計(jì)算機(jī)可以連續(xù)、自動(dòng)地工作，不需要人的干預(yù)。
性價(jià)比高：
幾乎每家每戶都會(huì)有電腦，越來越普遍化、大眾化，21世紀(jì)電腦必將成為每家每戶不可缺少的電器之一。計(jì)算機(jī)發(fā)展很迅速，有臺(tái)式的還有筆記本。
計(jì)算機(jī)未來發(fā)展趨勢(shì)
巨型化
巨型化是指為了適應(yīng)尖端科學(xué)技術(shù)的需要，發(fā)展高速度、大存儲(chǔ)容量和功能強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)。特別是在軍事和科研教育方面對(duì)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度等要求會(huì)越來越高。此外計(jì)算機(jī)的功能更加多元化。
微型化
隨著微型處理器(CPU)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)中開始使用微型處理器，使計(jì)算機(jī)體積縮小了，成本降低了。另一方面，軟件行業(yè)的飛速發(fā)展提高了計(jì)算機(jī)內(nèi)部操作系統(tǒng)的便捷度，計(jì)算機(jī)外部設(shè)備也趨于完善。四十年來，計(jì)算機(jī)的體積不斷的縮小，臺(tái)式電腦、筆記本電腦、掌上電腦、平板電腦體積逐步微型化。
網(wǎng)絡(luò)化
互聯(lián)網(wǎng)將世界各地的計(jì)算機(jī)連接在一起，從此進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)徹底改變了人類世界，人們通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行溝通、交流，教育資源共享、信息查閱共享等，特別是無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，極大地提高了人們使用網(wǎng)絡(luò)的便捷性。
人工智能化
計(jì)算機(jī)人工智能化是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。人類不斷在探索如何讓計(jì)算機(jī)能夠更好的反應(yīng)人類思維，使計(jì)算機(jī)能夠具有人類的邏輯思維判斷能力，可以通過思考與人類溝通交流，拋棄以往的依靠通過編碼程序來運(yùn)行計(jì)算機(jī)的方法。
多媒體化
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理的信息主要是字符和數(shù)字。事實(shí)上，人們更習(xí)慣的是圖片、文字、聲音、圖像等多種形式的多媒體信息。多媒體技術(shù)可以集圖形、圖像、音頻、視頻、文字為一體，使信息處理的對(duì)象和內(nèi)容更加接近真實(shí)世界。
計(jì)算機(jī)硬件構(gòu)成分為哪幾個(gè)部分
計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)的重要組成部分，其中包含了5個(gè)重要的組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。
1、運(yùn)算器。
計(jì)算機(jī)硬件中的運(yùn)算器主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行運(yùn)算和加工。運(yùn)算器包括以下幾個(gè)部分：通用寄存器、狀態(tài)寄存器、累加器和關(guān)鍵的算術(shù)邏輯單元。運(yùn)算器可以進(jìn)行算術(shù)計(jì)算(加減乘除)和邏輯運(yùn)算(與或非)。
2、控制器。
控制器和運(yùn)算器共同組成了中央處理器(CPU)?？刂破骺梢钥醋饔?jì)算機(jī)的大腦和指揮中心，它通過整合分析相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，可以讓計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分有序地完成指令。
3、存儲(chǔ)器。
顧名思義，存儲(chǔ)器就是計(jì)算機(jī)的記憶系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記事本。而和記事本不同的是，存儲(chǔ)器不僅可以保存信息，還能接受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)不同的信息并對(duì)保存的信息進(jìn)行讀取。存儲(chǔ)器由主存和輔存組成，主存就是通常所說的內(nèi)存，分為RAM和ROM兩個(gè)部分。輔存即外存，但是計(jì)算機(jī)在處理外存的信息時(shí)，必須首先經(jīng)過內(nèi)外存之間的信息交換才能夠進(jìn)行。
4、輸入設(shè)備。
輸入設(shè)備和輸出設(shè)備都是進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備。鼠標(biāo)、鍵盤等輸入設(shè)備的出現(xiàn)，給計(jì)算機(jī)帶來了天翻地覆的變化?，F(xiàn)有的鼠標(biāo)主要有兩類：光電鼠標(biāo)和機(jī)械式鼠標(biāo)。通過鼠標(biāo)，我們可以很方便地在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行坐標(biāo)的定位，可以很好地操作圖形和軟件處理，為人類提供了最大的便捷。鍵盤也是一類非常重要的輸入設(shè)備，計(jì)算機(jī)大部分的指令都是通過鍵盤輸入來進(jìn)行的。
5、輸出設(shè)備。
輸出設(shè)備也是計(jì)算機(jī)人機(jī)互動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的特點(diǎn)是可以將計(jì)算機(jī)的信息以畫面的形式展現(xiàn)出來，具有很好的直觀性。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、語音和視頻輸出裝置等。