1.1  計算機的發(fā)展概述

世界上第一臺電子計算機于1946年2月在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，取名為ENIAC（讀作“埃尼克”），即Electronic Numerical Internal And Calculator的縮寫。電子計算機的產(chǎn)生和迅速發(fā)展是當代科學(xué)技術(shù)最偉大的成就之一。自1946年美國研制的第一臺電子計算機ENIAC以來，在半個世紀的時間里，計算機的發(fā)展取得了令人矚目的成就。
計算機從誕生到現(xiàn)在，已走過了60年的發(fā)展歷程，在這期間，計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化。人們根據(jù)計算機所采用的物理器件，將計算機的發(fā)展劃分為幾個階段，下面就來具體介紹。
1.1.1  計算機發(fā)展簡史
電子計算機的發(fā)展階段通常以構(gòu)成計算機的電子器件來劃分，至今已經(jīng)歷了四代，目前正在向第五代過渡。每一個發(fā)展階段在技術(shù)上都是一次新的突破，在性能上都是一次質(zhì)的飛躍。
1．第一代（1946～1957年），電子管計算機
它是一臺電子數(shù)字積分計算機，取名為ENIAC。這臺計算機是個龐然大物，共用了18 000多個電子管、1500個繼電器，重達30噸，占地170平方米，每小時耗電140千瓦，計算速度為每秒5000次加法運算。盡管它的功能遠不如今天的計算機，但ENIAC作為計算機大家族的鼻祖，開辟了人類科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的先河，使信息處理技術(shù)進入了一個嶄新的時代。其主要特征如下：
（1）電子管元件，體積龐大、耗電量高、可靠性差、維護困難。

（2）運算速度慢，一般為每秒鐘1千次到1萬次。

（3）使用機器語言，沒有系統(tǒng)軟件。

（4）采用磁鼓、小磁芯作為存儲器，存儲空間有限。

（5）輸入/輸出設(shè)備簡單，采用穿孔紙帶或卡片。

（6）主要用于科學(xué)計算。

2．第二代（1958～1964年），晶體管計算機
晶體管的發(fā)明給計算機技術(shù)帶來了革命性的變化。第二代計算機采用的主要元件是晶體管，稱為晶體管計算機。計算機軟件有了較大發(fā)展，采用了監(jiān)控程序，這是操作系統(tǒng)的雛形。第二代計算機有如下特征：

（1）采用晶體管元件作為計算機的器件，體積大大縮小，可靠性增強，壽命延長。

（2）運算速度加快，達到每秒幾萬次到幾十萬次。

（3）提出了操作系統(tǒng)的概念，開始出現(xiàn)了匯編語言，產(chǎn)生了如FORTRAN和COBOL等高級程序設(shè)計語言和批處理系統(tǒng)。

（4）普遍采用磁芯作為內(nèi)存儲器，磁盤、磁帶作為外存儲器，容量大大提高。

（5）計算機應(yīng)用領(lǐng)域擴大，從軍事研究、科學(xué)計算擴大到數(shù)據(jù)處理和實時過程控制等領(lǐng)域，并開始進入商業(yè)市場。

3．第三代（1965～1969年），中小規(guī)模集成電路計算機
20世紀60年代中期，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，已制造出了集成電路元件。集成電路可在幾平方毫米的單晶硅片上集成十幾個甚至上百個電子元件。計算機開始采用中小規(guī)模的集成電路元件，這一代計算機比晶體管計算機體積更小，耗電更少，功能更強，壽命更長，綜合性能也得到了進一步提高。具有如下主要特征：

（1）采用中小規(guī)模集成電路元件，體積進一步縮小，壽命更長。

（2）內(nèi)存儲器使用半導(dǎo)體存儲器，性能優(yōu)越，運算速度加快，每秒可達幾百萬次。

（3）外圍設(shè)備開始出現(xiàn)多樣化。

（4）高級語言進一步發(fā)展。操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使計算機功能更強，提出了結(jié)構(gòu)化程序的設(shè)計思想。

（5）計算機應(yīng)用范圍擴大到企業(yè)管理和輔助設(shè)計等領(lǐng)域。

4．第四代（1971年至今），大規(guī)模集成電路計算機
隨著20世紀70年代初集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了大規(guī)模集成電路元件，使計算機進入了一個新的時代，即大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機時代。這一時期的計算機的體積、重量、功耗進一步減少，運算速度、存儲容量、可靠性有了大幅度的提高。其主要特征如下：

（1）采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路邏輯元件，體積與第三代相比進一步縮小，可靠性更高，壽命更長。

（2）運算速度加快，每秒可達幾千萬次到幾十億次。

（3）系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件獲得了巨大的發(fā)展，軟件配置豐富，程序設(shè)計部分自動化。