1、計算機發展的各個歷史時期 一、計算機發展的三次飛躍計算機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，促使計算機的發展出現了三次飛躍。1、在電子管計算機時期(19461959)，計算機主要用于科學計算。主存儲器是決定計算機技術面貌的主要因素。當時，主存儲器有水銀延遲線存儲器、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓和磁心存儲器等類型，通常按此對計算機進行分類。2、到了晶體管計算機時期(19591964)，主存儲器均采用磁心存儲器，磁鼓和磁盤開始用作主要的輔助存儲器。不僅科學計算用計算機繼續發展，而且中、小型計算機，特別是廉價的小型數據處理用計算機開始大量生產。3、1964年以后，在集成電路發

2、展的同時，計算機也進入了產品系列化的發展時期。半導體存儲器逐步取代了磁心存儲器的主存儲器地位，磁盤成了不可缺少的輔助存儲器，并且開始普遍采用虛擬存儲技術。隨著各種半導體只讀存儲器和可改寫的只讀存儲器的迅速發展，以及微程序技術的發展和應用，計算機系統中開始出現固件子系統。20世紀70年代以后，計算機用集成電路的集成度迅速從中小規模發展到大規模、超大規模的水平，微處理器和微型計算機應運而生，各類計算機的性能迅速提高。隨著字長4位、8位、16位、32位和64位的微型計算機相繼問世和廣泛應用，對小型計算機、通用計算機和專用計算機的需求量也相應增長了。微型計算機在社會上大量應用后，一座辦公樓、一所學校、

3、一個倉庫常常擁有數十臺以至數百臺計算機。實現它們互連的局部網隨即興起，進一步推動了計算機應用系統從集中式系統向分布式系統的發展。在電子管計算機時期，一些計算機配置了匯編語言和子程序庫，科學計算用的高級語言FORTRAN初露頭角。在晶體管計算機階段，事務處理的COBOL語言、科學計算機用的ALGOL語言，和符號處理用的LISP等高級語言開始進入實用階段。操作系統初步成型，使計算機的使用方式由手工操作改變為自動作業管理。進入集成電路計算機發展時期以后，在計算機中形成了相當規模的軟件子系統，高級語言種類進一步增加，操作系統日趨完善，具備批量處理、分時處理、實時處理等多種功能。數據庫管理系統、通信處理

4、程序、網絡軟件等也不斷增添到軟件子系統中。軟件子系統的功能不斷增強，明顯地改變了計算機的使用屬性，使用效率顯著提高。在現代計算機中，外圍設備的價值一般已超過計算機硬件子系統的一半以上，其技術水平在很大程度上決定著計算機的技術面貌。外圍設備技術的綜合性很強，既依賴于電子學、機械學、光學、磁學等多門學科知識的綜合，又取決于精密機械工藝、電氣和電子加工工藝以及計量的技術和工藝水平等。外圍設備包括輔助存儲器和輸入輸出設備兩大類。輔助存儲器包括磁盤、磁鼓、磁帶、激光存儲器、海量存儲器和縮微存儲器等；輸入輸出設備又分為輸入、輸出、轉換、模式信息處理設備和終端設備。在這些品種繁多的設備中，對計算機技術面貌影

5、響最大的是磁盤、終端設備、模式信息處理設備和轉換設備等。新一代計算機是把信息采集存儲處理、通信和人工智能結合在一起的智能計算機系統。它不僅能進行一般信息處理，而且能面向知識處理，具有形式化推理、聯想、學習和解釋的能力，將能幫助人類開拓未知的領域和獲得新的知識。二、計算技術在中國的發展在人類文明發展的歷史上中國曾經在早期計算工具的發明創造方面寫過光輝的一頁。遠在商代，中國就創造了十進制記數方法，領先于世界千余年。到了周代，發明了當時最先進的計算工具算籌。這是一種用竹、木或骨制成的顏色不同的小棍。計算每一個數學問題時，通常編出一套歌訣形式的算法，一邊計算，一邊不斷地重新布棍。中國古代數學家祖沖之，

6、就是用算籌計算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間。這一結果比西方早一千年。珠算盤是中國的又一獨創，也是計算工具發展史上的第一項重大發明。這種輕巧靈活、攜帶方便、與人民生活關系密切的計算工具，最初大約出現于漢朝，到元朝時漸趨成熟。珠算盤不僅對中國經濟的發展起過有益的作用，而且傳到日本、朝鮮、東南亞等地區，經受了歷史的考驗，至今仍在使用。中國發明創造指南車、水運渾象儀、記里鼓車、提花機等，不僅對自動控制機械的發展有卓越的貢獻，而且對計算工具的演進產生了直接或間接的影響。例如，張衡制作的水運渾象儀，可以自動地與地球運轉同步，后經唐、宋兩代的改進，遂成為世界上最早的天文鐘。記里鼓車則

7、是世界上最早的自動計數裝置。提花機原理劉計算機程序控制的發展有過間接的影響。中國古代用陽、陰兩爻構成八卦，也對計算技術的發展有過直接的影響。萊布尼茲寫過研究八卦的論文，系統地提出了二進制算術運算法則。他認為，世界上最早的二進制表示法就是中國的八卦。經過漫長的沉寂，新中國成立后，中國計算技術邁入了新的發展時期，先后建立了研究機構，在高等院校建立了計算技術與裝置專業和計算數學專業，并且著手創建中國計算機制造業。1958年和1959年，中國先后制成第一臺小型和大型電子管計算機。60年代中期，中國研制成功一批晶體管計算機，并配制了ALGOL等語言的編譯程序和其他系統軟件。60年代后期，中國開始研究集成

8、電路計算機。70年代，中國已批量生產小型集成電路計算機。80年代以后，中國開始重點研制微型計算機系統并推廣應用；在大型計算機、特別是巨型計算機技術方面也取得了重要進展；建立了計算機服務業，逐步健全了計算機產業結構。在計算機科學與技術的研究方面，中國在有限元計算方法、數學定理的機器證明、漢字信息處理、計算機系統結構和軟件等方面都有所建樹。在計算機應用方面，中國在科學計算與工程設計領域取得了顯著成就。在有關經營管理和過程控制等方面，計算機應用研究和實踐也日益活躍。三、計算機科學與技術計算機科學與技術是一門實用性很強、發展極其迅速的面向廣大社會的技術學科，它建立在數學、電子學 (特別是微電子學)、磁

9、學、光學、精密機械等多門學科的基礎之上。但是，它并不是簡單地應用某些學科的知識，而是經過高度綜合形成一整套有關信息表示、變換、存儲、處理、控制和利用的理論、方法和技術。計算機科學是研究計算機及其周圍各種現象與規模的科學，主要包括理論計算機科學、計算機系統結構、軟件和人工智能等。計算機技術則泛指計算機領域中所應用的技術方法和技術手段，包括計算機的系統技術、軟件技術、部件技術、器件技術和組裝技術等。計算機科學與技術包括五個分支學科，即理論計算機科學、計算機系統結構、計算機組織與實現、計算機軟件和計算機應用。1、理論計算機學 是研究計算機基本理論的學科。在幾千年的數學發展中，人們研究了各式

10、各樣的計算，創立了許多算法。但是，以計算或算法本身的性質為研究對象的數學理論，卻是在20世紀30年代才發展起來的。當時，由幾位數理邏輯學者建立的算法理論，即可計算性理論或稱遞歸函數論，對20世紀40年代現代計算機設計思想的形成產生過影響。此后，關于現實計算機及其程序的數學模型性質的研究，以及計算復雜性的研究等不斷有所發展。理論計算機科學包括自動機論、形式語言理論、程序理論、算法分析，以及計算復雜性理論等。自動機是現實自動計算機的數學模型，或者說是現實計算機程序的模型，自動機理論的任務就在于研究這種抽象機器的模型；程序設計語言是一種形式語言，形式語言理論根據語言表達能力的強弱分為O3型語言，與圖

11、靈機等四類自動機逐一對應；程序理論是研究程序邏輯、程序復雜性、程序正確性證明、程序驗證、程序綜合、形式語言學，以及程序設計方法的理論基礎；算法分析研究各種特定算法的性質。計算復雜性理論研究算法復雜性的一般性質。2、計算機系統結構 程序設計者所見的計算機屬性，著重于計算機的概念結構和功能特性，硬件、軟件和固件子系統的功能分配及其界面的確定。使用高級語言的程序設計者所見到的計算機屬性，主要是軟件子系統和固件子系統的屬性，包括程序語言以及操作系統、數據庫管理系統、網絡軟件等的用戶界面。使用機器語言的程序設計者所見到的計算機屬性，則是硬件子系統的概念結構(硬件子系統結構)及其功能特性，包括指

12、令系統(機器語言)，以及寄存器定義、中斷機構、輸入輸出方式、機器工作狀態等。硬件子系統的典型結構是馮·諾伊曼結構，它由運算器控制器、存儲器和輸入、輸出設備組成，采用“指令驅動”方式。當初，它是為解非線性、微分方程而設計的，并未預見到高級語言、操作系統等的出現，以及適應其他應用環境的特殊要求。在相當長的一段時間內，軟件子系統都是以這種馮·諾伊曼結構為基礎而發展的。但是，其間不相適應的情況逐漸暴露出來，從而推動了計算機系統結構的變革。3、計算機組織與實現 是研究組成計算機的功能、部件間的相互連接和相互作用，以及有關計算機實現的技術，均屬于計算機組織與實現的任務。在計算

13、機系統結構確定分配給硬子系統的功能及其概念結構之后，計算機組織的任務就是研究各組成部分的內部構造和相互聯系，以實現機器指令級的各種功能和特性。這種相互聯系包括各功能部件的布置、相互連接和相互作用。隨著計算機功能的擴展和性能的提高，計算機包含的功能部件也日益增多，其間的互連結構日趨復雜。現代已有三類互連方式，分別以中央處理器、存儲器或通信子系統為中心，與其他部件互連。以通信子系統為中心的組織方式，使計算機技術與通信技術緊密結合，形成了計算機網絡、分布計算機系統等重要的計算機研究與應用領域。與計算實現有關的技術范圍相當廣泛，包括計算機的元件、器件技術，數字電路技術，組裝技術以及有關的制造技術和工藝

14、等。4、軟件 軟件的研究領域主要包括程序設計、基礎軟件、軟件工程三個方面。程序設計指設計和編制程序的過程，是軟件研究和發展的基礎環節。程序設計研究的內容，包括有關的基本概念、規范、工具、方法以及方法學等。這個領域發展的特點是：從順序程序設計過渡到并發程序設計和分幣程序設計；從非結構程序設計方法過渡到結構程序設計方法；從低級語言工具過渡到高級語言工具；從具體方法過渡到方法學。基礎軟件指計算機系統中起基礎作用的軟件。計算機的軟件子系統可以分為兩層：靠近硬件子系統的一層稱為系統軟件，使用頻繁，但與具體應用領域無關；另一層則與具體應用領域直接有關，稱為應用軟件；此外還有支援其他軟件的研究與維護的軟件，

15、專門稱為支援軟件。 軟件工程是采用工程方法研究和維護軟件的過程，以及有關的技術。軟件研究和維護的全過程，包括概念形成、要求定義、設計、實現、調試、交付使用，以及有關校正性、適應性、完善性等三層意義的維護。軟件工程的研究內容涉及上述全過程有關的對象、結構、方法、工具和管理等方面。軟件自動研究系統的任務是：在軟件工程中采用形式方法：使軟件研究與維護過程中的各種工作盡可能多地由計算機自動完成；創造一種適應軟件發展的軟件、固件與硬件高度綜合的高效能計算機。計算機產業計算機產業包括兩大部門，即計算機制造業和計算機服務業。后者又稱為信息處理產業或信息服務業。計算機產業是一種省能源、省資源、附加價

16、值高、知識和技術密集的產業，對于國民經濟的發展、國防實力和社會進步均有巨大影響。因此，不少國家采取促進計算機產業興旺發達的政策。計算機制造業包括生產各種計算機系統、外圍設備終端設備，以及有關裝置、元件、器件和材料的制造。計算機作為工業產品，要求產品有繼承性，有很高的性能-價格比和綜合性能。計算機的繼承性特別體現在軟件兼容性方面，這能使用戶和廠家把過去研制的軟件用在新產品上，使價格很高的軟件財富繼續發揮作用，減少用戶再次研制軟件的時間和費用。提高性能-價格比是計算機產品更新的目標和動力。計算機制造業提供的計算機產品，一般僅包括硬件子系統和部分軟件子系統。通常，軟件子系統中缺少適應各種特定應用環境

17、的應用軟件。為了使計算機在特定環境中發揮效能，還需要設計應用系統和研制應用軟件此外，計算機的運行和維護，需要有掌握專業知識的技術人員，這常常是一股用戶所作不到的。針對這些社會需要，一些計算機制造廠家十分重視向用戶提供各種技術服務和銷售服務。一些獨立于計算機制造廠家的計算機服務機構，也在50年代開始出現。到60年代末期，計算機服務業在世界范圍內已形成為獨立的行業。四、計算機的發展與應用1、計算機科學與技術的各門學科相結合 改進了研究工具和研究方法，促進了各門學科的發展。過去，人們主要通過實驗和理論兩種途徑進行科學技術研究。現在，計算和模擬已成為研究工作的第三條途徑。2、計算機與有關的實驗觀測儀器

18、相結合 可對實驗數據進行現場記錄、整理、加工、分析和繪制圖表，顯著地提高實驗工作的質量和效率。計算機輔助設計已成為工程設計優質化、自動化的重要手段。在理論研究方面，計算機是人類大腦的延伸，可代替人腦的若干功能并加以強化。古老的數學靠紙和筆運算，現在計算機成了新的工具，數學定理證明之類的繁重腦力勞動，已可能由計算機來完成或部分完成。3、計算和模擬作為一種新的研究手段，常使一些學科衍生出新的分支學科。例如，空氣動力學、氣象學、彈性結構力學和應用分析等所面臨的“計算障礙”，在有了高速計算機和有關的計算方法之后開始有所突破，并衍生出計算空氣動力學、氣象數值預報等邊緣分支學科。利用計算機進行定量研究，不僅在自然科學中發揮了重大的作用，在社會科學和人文學科中也是如此。例如，在人口普查、社會調查和自然語