1.1 计算机的诞生及发展

1、计算机的诞生

计算机的诞⽣---冯诺依曼体系 :1946 年 2 ⽉ 15 ⽇，世界上第⼀台电⼦计算机在美国宾夕法尼亚⼤学正式投⼊使⽤。它的正式名称叫 ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator)“电⼦数字积分计算机”，是⼀个重达30吨的庞然⼤物，有两层楼⾼，占地 170 平⽅⽶，装有 1.8 万只电⼦管、7 万只电阻、1 万只电容，功率 150 千⽡。它每秒能进⾏ 5000 次运算，⽐当时最好的继电器计算机要快 1000 倍。ENIAC 的问世，是⼈类计算⼯具的⼀次重⼤⾰命。

a. 1942：莫尔学院的莫奇勒博⼠提出制造电⼦计算机的设想

古代中国⼈发明了算盘，19 世纪初西⽅⼈开始制造各式各样的计算机。 1942 年，宾⼣法尼亚⼤学莫尔学院承担为陆军计算弹道数据的任务，每天要提供 6 张 ⽕⼒表。每张⽕⼒表都要计算⼏百条弹道，⼀个熟练的计算员⽤当时的台式计算机，计算⼀条弹道要花 20 个⼩时。为了提⾼计算效率和速度，莫尔学院的莫奇勒博⼠提出制 造电⼦计算机的设想。1943 年 6 ⽉，莫尔学院与陆军签订合同，正式研制电⼦计算机。

b.1944：冯·诺伊曼的新⽅案计算机：离散变量自动电子计算机（EDVAC）

ENIAC 的研制引起著名美籍匈⽛利数学家冯·诺伊曼的兴趣。 1944 年，正在参与原⼦弹研制的冯·诺伊曼参观了 ENIAC 的研制现场。他针对 ENIAC 的不⾜，提出电⼦计算机新案。冯·诺伊曼的新⽅案计算机叫作 Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC)“离散变量⾃动电⼦计算机”，它由五部分组成：运算器、控制器、存储器、输⼊和输出设备。计算 机的内部运算采⽤⼆进制，⽽不是⼗进制。由于⼀个电⼦元件只有开或关两种状态，可以表⽰ 0 或 1，这就⼤⼤提⾼了运算速度(⼗进制有 0〜9 ⼗种状态，⽤电⼦元件来表⽰ 要复杂得多)；控制计算机运⾏的程序存放在存储器中，可以⾃动地从⼀个程序指令转⼊下⼀个程序指令。

冯·诺伊曼的思想是电⼦计算机发展史上的⾥程碑，当今计算机都是依据这⼀理论制造的，也被称为冯·诺伊曼结构计算机。

c. 1946：电子数字积分计算机诞生：NVICA

1945 年底，ENIAC 诞⽣了。虽然 ENIAC 是当时最先进的计算机，但它有许多缺陷：

• ⼀是体积过⼤，耗电 过多，贬低它的⼈开玩笑说，它熄灭了费城西部所有的灯。
• ⼆是它的计算程序靠线路连接，每做⼀次计算都要重新连接线路，准备时间太⻓。
• 三是没有内部存储器，它的寄存器只能存储运算过程中⼗位数以下的数字，存储量太⼩。
• 四是电⼦管容易烧坏，常要停机维修。

1949 年，英国⾸先研制出这种结构的电⼦计算机。ENIAC 问世后，美国《普通⼒学》 杂志预⾔：“未来的电脑将仅装备 1000 只电⼦管，它的重量也许不到 1.5 吨。”这在当时应该是⾮ 常“⼤胆”的预测了，但在 10 年后，电⼦计算机的发展很快打破了这⼀预⾔。

d. 1955：第二代电子计算机诞生，晶体管取代电子管

1955 年，计算机进⼊⼀个新时代，第⼆代电⼦计算机诞⽣。新的计算机⽤晶体管取代 电⼦管， 重量变轻，体积变⼩，稳定性增强，运算速度达到每秒⼏⼗万次⾄⼏百万次。 电⼦管计算机造价昂贵，主要局限在与军事有关的领域应⽤，⽽晶体管电⼦计算机造价降低，在⼯农业⽣产部⻔、商业部⻔都得到⼤量应⽤。

e. 1965：电子计算机采用集成电路技术

1965 年，电⼦计算机使⽤了集成电路技术，⼏百个晶体管、⼆极管和电阻器被集成在⼀块硅⽚上，机器的稳定性、可靠性⼤为提⾼，运算速度更快。计算机的体积进⼀步缩⼩，只相当于⼀个电冰箱的⼤⼩，成本也⼤幅度降低。

f. 1971：电子计算机开始微型化，八九十年代推广至家庭

随着⼤规模和超⼤规模集成电路技术的发展，电⼦计算机从 1971 年开始微型化，⼀台计算机的 ⼤⼩仅相当于⼀台电视机。80 年代到 90 年代，微型计算机逐渐在家庭推⼴应⽤。微型计算机出现后，计算机技术⻜速发展，以 INTEL 公司为代表的微处理器⽣产商，不断推出速度更快、功能更强的芯⽚，使计算机的体积越来越⼩、速度越来越快、功能越来越强，⽽价格则越来越便宜，使更多的寻常百姓能够享受计算机带来的⽅便。同时，巨型计算机也问世了。

g. 1996：IBM研制出第一台 亿万次/s 的超级计算机

1996 年，美国商⽤机器公司(IBM)研制出第⼀台每秒运算亿万次的超级计算机。该公司研制的“深蓝 2号”，在国际象棋⽐赛中，战胜了世界冠军卡斯帕罗夫。

电⼦计算机已经被⼴泛地应⽤于各个领域，在科学计算、数据处理、⾃动控制、⼯业设计、⼈⼯智能、办公等⽅⾯，发挥着越来越⼤的作⽤。

单个的计算机只能起到处理有关信息的作⽤，⽹络技术的出现，使计算机可以获得信息、 传递信息。20 世纪 90 年代，国际互联⽹(INTERNET)在全世界逐渐普及，单个计算机被连为⼀体，计算机进⼊⽹络时代。⼈们可以在任何地⽅，利⽤任意种类的计算机，通过⽹络搜集信息和传递信息，最⼤限度地发挥了计算机的作⽤，“⽹络就是计算机”的思想被⼤家公认。

⽹络化是电⼦计算机领域的⼜⼀场⾰命，它正⽇益深⼊地影响着⼈们的⼯作和⽣活。⼈们可以通过⽹络了解世界各地的新闻事件，浏览商业和⽂化信息，阅读各地图书馆的藏书。只要愿意， 还可以将⽹上的信息下载到⾃⼰的计算机上保存。⼈们可以通过⽹络， 给远在千⾥之外的亲友发送邮件(E−Mail)，如果给计算机装上摄像部件，还能通过⽹络相互看到对⽅的⾝影。你可以⾜不出⼾，通过⽹络订购所需要的商品，通过⽹络接受 正规的学校教育

2、计算机的分类

a. 超级计算机

⾼性能计算机:超级计算机（Super computer）是指能够执⾏⼀般个⼈电脑⽆法处理的⼤量资料与⾼速运算的电脑。就超级计算机和普通计算机的组成⽽⾔，构成组件基本相同，但在性能和 规模⽅⾯却有差异。超级计算机主要特点包含两个⽅⾯：极⼤的数据存储容量和极快速 的数据处理速度，因此它可以在多种领域进⾏⼀些⼈们或者普通计算机⽆法进⾏的⼯作。

b. 服务器

服务器 ：服务器是计算机的⼀种，它⽐普通计算机运⾏更快、负载更⾼、价格更贵。服务器在⽹络中为其它客⼾机（如 PC 机、智能⼿机、ATM 等终端甚⾄是⽕⻋系统等⼤型设备）提供计算或者应⽤服务。服务器具有⾼速的 CPU 运算能⼒、⻓时间的可靠运⾏、强⼤的 I/O 外部数据吞吐能⼒以及更好的扩展性。根据服务器所提供的服务，⼀般来说服务器都具备承担响应服务请求、承担服务、 保障服务的能⼒。服务器作为电⼦设备，其内部的结构⼗分的复杂，但与普通的计算机内部结构相差不⼤，如：cpu、硬盘、内存，系统、系统总线等。

c. 工作站

⼯作站：⼯作站是⼀种⾼端的通⽤微型计算机。它是为了单⽤⼾使⽤并提供⽐个⼈计算机更强⼤的性能，尤其是在图形处理能⼒，任务并⾏⽅⾯的能⼒。通常配有⾼分辨率的⼤屏、多屏显⽰器及容量很⼤的内存储器和外部存储器，并且具有极强的信息和⾼性能的图形、图像处理功能的计算机。 另外，连接到服务器的终端机也可称为⼯作站。⼯作站的应⽤领域有： 科学和⼯程计算、软件开发、计算机辅助分析、计算机辅助制造、⼯程设计和应⽤、图形和图像处理、过程控制和信息管理等。

d. 微型计算机

微型计算机（个⼈ PC 机）：微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备⼈脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。微型计算机是由⼤规模集成电路组成的、体积较⼩的电⼦计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输⼊输出（I/0）接⼝电路和相应的辅助电路⽽构成的裸机

e. 嵌入式计算机

嵌⼊式计算机：通俗的说，嵌⼊式技术就是"专⽤"计算机技术，这个专⽤，是指针对某个特定的应⽤，如针对⽹络、针对通信、针对⾳频、针对视频，针对⼯业控制等，从学术的⻆度，嵌⼊式系统是以应⽤为中⼼，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适⽤于应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专⽤计算机系统，它⼀般由嵌⼊式微处 理器、外围硬件设备、嵌⼊式操作系统以及⽤⼾的应⽤程序等四个部分组成。

3、PC机的构成

微型计算机由硬件系统和软件系统两⼤部分组成：

硬件系统指构成计算机的电⼦线路、电⼦元器件和机械装置等物理设备，是具有实体物质硬件的，如：你能看到、摸到台式机和笔记本的实物

部分软件系统指为了运⾏、管理和维修计算机⼈⼯编制的各种程序的集合，软件系统分为以下三类：

• BIOS（Basic Input Output System），是指⼀组固化到计算机主板上的⼀个 ROM芯⽚上的程序，它保存着计算机最重要的基本输⼊输出的程序、开机后⾃检程序和⾃启动程序，它可以从 CMOS 中读写系统设置的具体信息，主要功能就是实现计算机最底层、最直接的硬件控制和设置
• 系统软件：是管理、监控和维护计算机资源的软件。⽤来扩展计算机的功能、提供计算机的 ⼯作效率，⽅便⽤⼾管理、操作计算机，如：Windows、Linux 等等
• 应⽤软件：提供某种特定功能的软件，如：office、微信、邮件等等