科普-中华学生百科全书-第743部分
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壳等进行的。后来，许多民族都曾用人工制成的小棒来计数，我国称之为算
筹。早在春秋战国时期，我国就有了算筹。大约在我国汉代，出现了“珠算”。
算盘的定型，大约是在我国宋代（公元 10 世纪）完成的。可以说，算盘是最
早产生的计算工具。到了公元 17 世纪，英国人奥托里（Oughtred）利用对数
原理制成了计算尺。计算尺是一种模拟计算工具。
随着工业革命的兴起，计算工具也开始采用机械化技术。1642 年，法国
哲学家和数学家帕斯卡（Blaise Pascal）发明了世界上第一台加减法计算
机。它是利用齿轮传动原理制成的机械式计算机，通过手摇方式操作运算。
他称“这种算术机器所进行的工作，比动物的行为更接近人类的思维”。这
一思想对以后计算机的发展产生了重大的影响。1671 年，著名的德国数学家
莱布尼兹（G．W．Leibnitz）制成了第一台能够进行加、减、乘、除四则运算
的机械式计算机。最后，机械式计算机发展成为不久前还能见到的手摇或电
动的台式计算机。1833 年，英国科学家巴贝奇（CharlesBabbage）提出了制
造自动化计算机的设想，他所设计的分析机，引进了程序控制的概念。尽管
由于当时技术上和工艺上的局限性，这种机器未能完成制造，但它的设计思
想，可以说是现代计算机的雏型。
20 世纪初期，随着机电工业的发展，出现了一些具有控制功能的电器元
件，并逐渐为计算工具所采用。1925 年，美国麻省理工学院由布什（Vannever
Bush）领导的一个小组制造了第一台机械模拟式计算机。1942 年，又制成了
采用继电器、速度更快的模拟式计算机。1944 年，艾肯（HowardAiken）在
美国国际商用机器公司（IBM）的赞助下领导研制成功了世界上第一台数字式
自动计算机 MarkI。实现了当年巴贝奇的设想。这台机器使用了三千多个继
电器，故有继电器计算机之称。
20 世纪以来，产生了电子技术，并取得了迅速的发展。第二次世界大战
期间，出于军事上的迫切需要，美国宾夕法尼亚大学的莫奇莱（John William
Mauchly）和艾克特（J．Pres…per Eckert）在美国陆军部的赞助下于 1946
年研制成功了一台电子数字积分机和计算机（Electronic Numerical
Intergra…tor and Calculator，简称 ENIAC），它是世界上第一台电子数
字计算机。ENIAC 是一个庞然大物，它使用了 18000 多只电子管，1500 个继
电器，功率 140 千瓦，重量 30 吨，占地约 170 平方米，运算速度达到每秒
5000 次。
ENIAC 虽然有存储数据的存储器，然而由指令组成的程序则由控制盘上
的布线或穿孔卡片的方式存储。运算之前，先要按照程序用手工把相应的电
路接通或由读卡机读卡以执行各个指令，既费时又费力，无法发挥它的运算
速度。这一问题引起了在美国工作的匈牙利数学家冯·诺依曼（Von Neu…
mann）的注意，他与宾夕法尼亚大学摩尔电机系小组合作发展了“存储程序”
的概念，提出了“冯·诺依曼原理”，确立了计算机由输入器、存储器、运
算器、控制器、输出器等五个基本部件组成的结构，而且将指令也和数据一
样地存储和处理。依照此原则制成的第一台存储程序、顺序控制的计算机
EDSAC 于 1949 年在英国的剑桥大学投入使用。直到今天，我们使用的计算机
仍遵循此原则，一般称作冯·诺依曼计算机。在电子计算机产生的过程中，
英国科学家图灵（AlanMathison Turing）在计算机理论方面，做了许多开创
性的工作。
随着信息技术的突飞猛进，计算机的功能已远远不限于数值计算，“计
算”的概念也有了很大的扩展。目前的电子计算机已经发展到可以处理多种
类型的信息，并可以进行近、远距离的传输。
总之，我们今天所说的计算机，是指具有逻辑运算、算术运算及记忆功
能的自动化的高速数据处理装置以及与其相连的记忆装置和通信装置。
电脑的成长
计算机的几个发展阶段
自世界上第一台电子计算机问世至今，不过短短的几十年，已经走过了
四代的历程，堪称世界上发展最快的高新技术之一。通常，各代产品是以构
成电子计算机的物理器件的变化划分的。同时，也伴随着计算机软件的发展
和变化。
1．电子管时代
计算机的第一代为电子管时代，时间大约从 1946 年至 1956 年。当时的
电子计算机采用电子管作为基本的电子元件，体积大、功耗大、价格昂贵，
而且可靠性不高、维修复杂、运行速度为每秒执行加法运算一千次到一万次。
程序设计使用机器语言和符号语言。
2．晶体管时代
第二代为晶体管时代，时间大约从 1956 年至 1962 年。这一时期的电子
计算机采用晶体管作为基本电子元件。机器的体积减小、功耗减少、可靠性
增高、价格降低、运算速度加快，每秒可执行加法运算达十万次到一百万次。
程序设计主要使用高级语言。
3．集成电路时代
第三代为集成电路时代，时间大约从 1962 年至 1970 年。这时的电子计
算机采用中、小规模集成电路作为基本电子元件。集成电路是利用光刻技术
将许多逻辑电路集中在体积很小的半导体芯片上，每块芯片上可容纳成千上
万个晶体管。采用集成电路不仅大大缩短了电子线路，减小了体积和质量，
而且大大减少了功耗、增强了可靠性，节约了信息传递的时间，提高了运算
速度，达到每秒可执行加法运算一百万次到一千万次。出现了操作系统，程
序设计主要使用高级语言。
4．大规模、超大规模集成电路时代
第四代为大规模、超大规模集成电路时代，时间从 1970 年至今。由于集
成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万
个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上，从而出现了微
处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算
机，就是我们常说的微电脑或 PC 机。微型计算机体积小，使用方便，价格便
宜，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。目前我
国也已能够生产多种型号、多种规格的微型计算机。另一方面，利用大规模、
超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片，已经制成了体积并不很大，但运算
速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。我国继 1983 年研制成功每秒运算
一亿次的银河Ⅰ型巨型机以后，又于 1993 年研制成功每秒运算十亿次的银河
Ⅱ型通用并行巨型计算机。这一时期还产生了新一代的程序设计语言以及数
据库管理系统和网络软件等。
几十年来，随着物理元、器件的变化，不仅计算机主机经历了更新换代，
它的外部设备也在不断地变革。比如外存储器，由最初的阴极射线显示管发
展到磁芯、磁鼓，以后又发展为目前通用的磁盘，近几年又出现了体积更小、
容量更大、速度更快的只读光盘（CD—ROM）。
微型计算机的发展
70 年代以来，微型计算机的发展尤为迅速，几乎令人目不暇接。以采用
Intel 微处理器芯片的微机主流机型的发展为例：1971 年 Intel 公司推出 4
位微处理器芯片 4004 及 4040；1974 年出现采用 8 位微处理器芯片 8080 的微
机；1979 年电脑巨人 IBM 公司介入微机行业，开发出采用准 16 位 8088 芯片
的 IBM—PC 主流机型；随之各公司相继推出多种 IBM—PC 兼容机。该系列微
机不断地推陈出新，1982 年推出采用 16 位微处理器芯片 80286 的微机；1985
年推出采用 32 位微处理器芯片 80386 的微机；1989 年推出 80486 微机。1993
年，80586 又问世了。出于专利保护的考虑，不再称 80586，命名为 Pentium
（简称 P5，中文名“奔腾”）。Pentium 芯片集成了 310 万个晶体管，使用
64 位的数据总线。由于更新换代迅速，微机型号的生存周期也越来越短。据
统计，自 1982 年以来，微机性能指标平均每一年半提高一倍，目前的微机性
能指标已达到 1982 年时的 200 倍，1970 年时的 3000 倍，而成本和价格则大
幅度地降低。
计算机网络的发展
近年来，计算机网络也得到持续不断的发展，并可大致分为四个阶段。
1．远程终端联机阶段
由大型主机利用通信线连接多个远程终端，组成联机系统。
2．微型计算机网络阶段
微型计算机网络得到广泛应用的发展，出现了局域网（LAN）、城域网
（MAN）和广域网（WAN）。
3．计算机网络互连阶段
根据国际标准化组织（ISO）公布的开放系统互连模型（OSI）实现了网
络间的互连，并产生了综合业务数字网（IS…DN）及无线通讯的卫星网。
4．信息高速公路阶段
将把所有的计算机资源都用高速通信网连接起来，实现最大范围的资源
共享。
计算机的发展趋势
当前计算机发展的趋势是由大到巨（追求高速度、高容量、高性能），
由小到微（追求微型化，包括台式、便携式、笔记本式乃至掌上型，使用方
便，价格低廉），网络化，智能化。同时，现代计算机在许多技术领域都取
得了极大的进步，比如多媒体技术、计算机网络、面向对象的技术、并行处
理技术、人工智能、不污染环境并节约能源的“绿色计算机”等。许多新技
术，新材料也开始应用于计算机，比如超导技术、光盘等。但毕竟还没有出
现第五代计算机。日本于 1981 年宣布了雄心勃勃的研制五代机的计划，至今
未能实现并搁浅了。至于什么是第五代计算机也尚无定论，但突破迄今一直
沿用的冯·诺依曼原理是一必然趋势。前四代计算机是按构成电子计算机的
主要元器件的变革划分的，第五代计算机可能是采用激光元器件和光导纤维
的光计算机，也可能不是按元器件的变革作为更新换代的标志，而是按其功
能的革命性突破作为标志，比如是能够处理知识和推理的人工智能计算机，
甚至可能发展到以人类大脑和神经元处理信息的原理为基础的生物计算机
等。总之，计算机的发展仍然是方兴未艾，其发展前景是极其广阔、诱人的。
按新观点划分阶段
目前，国内外的许多专家又对计算机发展的历史作了进一步的总结归
纳，把计算机的发展粗略地划分为三个阶段。把从产生第一台机械式计算机
至 1946 年第一台电子计算机 E…NIAC 诞生以前称为近代计算机阶段，即机械
式和机电式计算机阶段。将 ENIAC 问世以后传统大、中型机占主导地位的时
期，按物理器件的变化划分为四代，称为传统大型机阶段。将微型计算机和
计算机网络崛起后计算机与通信相结合的时期，称为微机与网络阶段。
电脑在目前的应用
计算机应用的领域非常广泛，主要包括数值计算、过程控制、信息处理、
计算机辅助设计与制造、人工智能等。
数值计算
计算机的运算速度极快，可以有效地代替人工进行繁重的数值计算工
作，不仅效率高，而且精度高，甚至能够完成人们由于计算量太大因而无法
完成的工作。比如 1948 年美国有一项核反应堆控制的计算，预计需要 1500
个工程师用一年的时间才能完成，也就是 1500 人年的工作量。后来采用了电
子计算机（依目前的标准看其功能是相当差的），只用 150 小时就完成了。
再如天气预报，要想预报准确，而且能够进行近期和中期的天气预报，要连
续不断地在大气层中探测和采集大量的相关数据，再做极其复杂的运算，需
要海量存储器和极高速的运算器，用人工是不可能实现的。目前我国的银河
10 亿次机已用于国家气象中心进行中期数值天气预报，对于延长预报时效，
提高预报精度，增强对台风、暴雨、干旱等严重灾害性天气的监测预报能力，
提供趋利避害的决策依据，发挥了重要作用。
此外，计算机还广泛用于卫星轨道、导弹弹道的计算，火箭、飞机、汽
车等复杂机械结构强度的计算，桥梁、水坝应力的计算等。
过程控制
生产和其它过程的自动控制，是计算机应用的一个重要领域。通过传感
器、模／数转换、数／模转换和伺服机构等�
