計算機的誕生與發展第1章主要內容1.2計算機的發展1.1電子計算機的誕生1.1電子計算機的誕生電子計算機的問世1946年2月由賓州大學研制成功的ENIAC電子計算機時代的到來

ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數字積分計算機重達30噸占地250m2啟動工耗150000瓦18000個電子管保存80個字節1.1電子計算機的誕生第一臺數字電子計算機

ENIAC(埃尼阿克）：1946年誕生在美國賓夕法尼亞大學，元器件為：18000支電子管、70000個電阻、10000支電容，性能為重30噸，耗電150千瓦，速度5000次加減運算/秒；用途：火炮彈道計算。該計算機不具備“存儲程序”的功能。

馮.諾依曼結構：采用二進制表示數據或指令計算機的硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成指令存儲在計算機內且能自動執行1.1電子計算機的誕生1.2.1電子計算機的發展歷程1.2.2微型計算機的發展1.2計算機的發展1.2.3我國計算機技術的發展

第一代電子管，磁鼓、磁芯，幾千～幾萬次，數據處理、科學計算，機器語言和匯編語言

第二代晶體管，磁芯、磁盤，幾十萬～幾百萬次，科學計算、數據處理、工業控制，高級語言FORTRAN、COBOL、ALGOL60等

第三代中、小規模集成電路，半導體存儲器，幾百萬～千萬次，應用在各個領域，在硬件設計上實現了系列化、通用化和標準化，軟件形成了操作系統、編譯系統和應用程序

第四代大規模和超大規模集成電路，半導體存儲器，幾萬億～十萬億次，出現了微型計算機，應用到各行各業，正向多媒體計算機和計算機網絡發展1.2.1電子計算機的發展歷程時代年份器件軟件應用一46-58電子管機器語言匯編語言科學計算二58-64晶體管高級語言數據處理工業控制三64-71集成電路操作系統文字處理圖形處理四71年迄今大規模集成電路數據庫、網絡等社會的各個領域1.2.1電子計算機的發展歷程5．第五代計算機：智能計算機

第五代計算機指具有人工智能的新一代計算機，它具有推理、聯想、判斷、決策、學習等功能。

第五代計算機的系統設計中考慮了編制知識庫管理軟件和推理機，機器本身能根據存儲的知識進行判斷和推理。同時，多媒體技術得到廣泛應用，使人們能用語音、圖像、視頻等更自然的方式與計算機進行信息交互。智能計算機的主要特征是具備人工智能，能像人一樣思維，并且運算速度極快，其硬件系統支持高度并行和推理，其軟件系統能夠處理知識信息。神經網絡計算機（也稱神經元計算機）是智能計算機的重要代表。

第五代計算機系統結構將突破傳統的馮·諾依曼的體系結構。這方面的研究課題應包括邏輯程序設計機、函數機、相關代數機、抽象數據型支援機、數據流機、關系數據庫機、分布式數據庫系統、分布式信息通信網絡等。1.2.1電子計算機的發展歷程6．第六代計算機：生物計算機研究人員發現，脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結構能容納巨量信息，其存儲量相當于半導體芯片的數百萬倍。一個蛋白質分子就是存儲體，而且阻抗低、能耗小、發熱量極低?；诖?，利用蛋白質分子制造出基因芯片，研制生物計算機（也稱分子計算機、基因計算機），已成為當今計算機技術的最前沿。生物計算機比硅晶片計算機在速度、性能上有質的飛躍，被視為極具發展潛力的“第六代計算機”。

與普通計算機不同的是，由于生物芯片的原材料是蛋白質分子，所以，生物計算機芯片既有自我修復的功能，又可直接與生物活體結合。同時，生物芯片具有發熱少、功能低、電路間無信號干擾等優點。

生物計算機與以邏輯處理為主的第五代計算機不同，它本身可以判斷對象的性質與狀態，并能采取相應的行動，而且它可同時并行處理實時變化的大量數據，并引出結論。以往的信息處理系統只能處理條理清晰、經絡分明的數據。而人的大腦活動具有能處理零碎、含糊不清信息的靈活性，第六代電子計算機將類似人腦的智慧和靈活性。1.2.1電子計算機的發展歷程20世紀70年代出現了微型計算機。微型計算機開發的先驅是兩個年青的工程師，美國英特爾（Intel）公司的霍夫（Hoff）和意大利的弗金（Fagin）?；舴蚴紫忍岢隽丝删幊掏ㄓ糜嬎銠C的設想，這個設想首先由弗金實現。

凡由集成電路構成的中央處理器（centralprocessingunit，CPU），人們習慣上稱為微處理器（microprocessor）。由不同規模的集成電路構成的微處理器，形成了微型計算機的幾個發展階段。從1971年世界上出現第一個4位的微處理器Intel4004算起，至今微型計算機的發展經歷了6個階段。1.2.2微型計算機的發展（1）第一代微型計算機

第一代微型計算機是以4位微處理器和早期的8位微處理器為核心的微型計算機。4位微處理器的典型產品是Intel4004/4040。第一代產品采用了PMOS工藝，字長4位或8位，指令系統簡單，速度慢。微處理器的功能不全，實用價值不大。早期的8位微處理器的典型產品是Intel8008。（2）第二代微型計算機1973年12月，Intel8080的研制成功，標志著第二代微型計算機的開始。其特點是采用了NMOS工藝，集成度比第一代產品提高了一倍。1976—1977年，高檔8位微處理器以Z80和Intel8085為代表，使運算速度和集成度又提高了一倍，已具有典型的計算機體系結構及中斷、直接數據存取等控制功能，指令系統比較完善。它們所構成的微型計算機的功能顯著增強，最著名的是Apple公司的AppleⅡ，軟件可以使用高級語言進行交互式會話操作，此后微型計算機的發展開始進入全盛期。1.2.2微型計算機的發展（3）第三代微型計算機1978年，Intel公司推出第三代微處理器代表產品Intel8086，1979年又推出了Intel8088，同年Zilog公司也推出了Z8000。這些微處理器都是16位微處理器，采用HMOS工藝，各方面的性能比第二代又提高了一個數量級。由它們構成的微型計算機具有豐富的指令系統，采用多級中斷、多重尋址方式、段式寄存器結構，并且配有強有力的系統軟件。1982年，Intel公司在8086的基礎上又推出了性能更為優越的80286，80286微處理器芯片的問世，使20世紀80年代后期286微型計算機風靡全球。（4）第四代微型計算機1985年10月，Intel公司推出了32位字長的微處理器Intel80386，標志著第四代微型計算機的開始。1989年，研制出的80486，把80386的浮點運算處理器和8KB的高速緩存集成到一個芯片，并支持二級Cache，極大地提高了內存訪問的速度。用該微處理器構成的微型計算機的功能和運算速度完全可以與20世紀70年代的大中型計算機相匹敵。1.2.2微型計算機的發展（5）第五代微型計算機1993年Intel公司推出了更新的微處理器芯片Pentium，中文名為“奔騰”。隨后Intel公司又陸續推出了ClassicPentium（經典奔騰）、PentiumPro（高能奔騰）、PentiumMMX（多能奔騰，1997年初）、PentiumII（奔騰二代，1997年5月）、PentiumIII（奔騰三代，1999年）和PentiumIV（奔騰第四代產品，2001年）的微型計算機。在Intel公司各階段推出微處理器的同時，各國廠家也相繼推出與奔騰微處理器結構和性能相近的微型機。（6）第六代微型計算機2006年Intel公司推出了酷睿系列的64位雙核微處理器Core2，之后Intel和AMD公司又相繼推出了四核的處理器。2008年11月，Intel公司推出了第一代智能酷睿Corei系列，其性能相較之前的產品提升了20%～30%。

隨著人工智能的發展，對CPU的性能提出了更高的要求，傳統的CPU也在緊跟時代的腳步，全方位擁抱AI。2023年初，Intel發布了第四代至強(SapphireRapids)，年底就升級為第五代至強(EmeraldRapids)，主要就是為了跟上AI的需求，并且很多指標也是為此而優化的。1.2.2微型計算機的發展1956年國家制定12年科學規劃時，把發展計算機、半導體等技術學科作為重點1958年組裝調試成第一臺電子管計算機（103機）1959年研制成大型通用電子管計算機（104機）1960年研制成第一臺自己設計的通用電子管計算機（107機）1964年，我國開始推出第一批晶體管計算機。1971年，研制成第三代集成電路計算機。1974年后，DJS-130晶體管計算機形成了小批量生產。1982年，采用大、中規模集成電路研制成16位的DJS-150機。1983年，長沙國防科技大學推出向量運算速度達1億次的銀河Ⅰ巨型計算機。1.2.3我國計算機技術的發展

進入20世紀90年代，我國的計算機開始步入高速發展階段，不論是大型、巨型計算機，還是微型計算機，都取得長足的發展。其中，作為代表國家綜合實力象征的巨型機領域，我國已經處在世界的前列。1.2.3我國計算機技術的發展

我國目前已經將重心放到了更為先進的量子計算領域。中國科學院院士、中國科學技術大學常務副校長潘建偉教授帶領的團隊所研發的“九章”系列超算，一次次刷新了光量子信息技術水平，根據公開的數據顯示，九章三號處理最復雜的樣本僅需要百萬分之一秒，而利用超算卻需要兩百億年才能處理完成。在量子計算領域，中國已經問鼎世界。

軟件方面，1992年我國的軟件產業銷售額僅為43億元，2001年我國的軟件產業銷售額達796億元。到2002年8月，我國通過認定的軟件企業為4200家，銷售額超億元的有十幾家，登記的軟件產品達9830個，共有各類軟件從業人員近50萬。2