計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史一、第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)(ENIAC)于1946年2月,在美國(guó)誕生。ENIACPC機(jī)耗資100萬(wàn)美圓600美圓重量30噸10kg占地150平方米0.25平方米電子器件1.9萬(wàn)只電子管100塊集成電路運(yùn)算速度5000次/秒500萬(wàn)次/秒二、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史1、第一代計(jì)算機(jī)(1946~1958)電子管為基本電子器件;使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言;主要應(yīng)用于國(guó)防和科學(xué)計(jì)算;運(yùn)算速度每秒幾千次至幾萬(wàn)次。2、第二代計(jì)算機(jī)(1958~1964)晶體管為主要器件;軟件上出現(xiàn)了操作系統(tǒng)和算法語(yǔ)言;運(yùn)算速度每秒幾萬(wàn)次至幾十萬(wàn)次。3、第三代計(jì)算機(jī)(1964~1971)普遍采用集成電路;體積縮小;運(yùn)算速度每秒幾十萬(wàn)次至幾百萬(wàn)次。4、第四代計(jì)算機(jī)(1971~)以大規(guī)模集成電路為主要器件;運(yùn)算速度每秒幾百萬(wàn)次至上億次。三、中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史從1953年開(kāi)始研究，到1958年研制出了中國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在1982年中國(guó)研制出了運(yùn)算速度1億次的銀河I、II型等小型系列機(jī)。計(jì)算機(jī)的歷史計(jì)算機(jī)是新技術(shù)革命的一支主力，也是推動(dòng)社會(huì)向現(xiàn)代化邁進(jìn)的活躍因素。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)發(fā)展最快、影響最為深遠(yuǎn)的新興學(xué)科之一。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)已在世界范圍內(nèi)發(fā)展成為一種極富生命力的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是一種按程序自動(dòng)進(jìn)行信息處理的通用工具,它的處理對(duì)象是信息，處理結(jié)果也是信息。利用計(jì)算機(jī)解決科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)管理、過(guò)程控制或人工智能等各種問(wèn)題的方法，都是按照一定的算法進(jìn)行的。這種算法是定義精確的一系列規(guī)則，它指出怎樣以給定的輸入信息經(jīng)過(guò)有限的步驟產(chǎn)生所需要的輸出信息。信息處理的一般過(guò)程，是計(jì)算機(jī)使用者針對(duì)待解抉的問(wèn)題,事先編制程序并存入計(jì)算機(jī)內(nèi)，然后利用存儲(chǔ)程序指揮、控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行各種基本操作，直至獲得預(yù)期的處理結(jié)果。計(jì)算機(jī)自動(dòng)工作的基礎(chǔ)在于這種存儲(chǔ)程序方式，其通用性的基礎(chǔ)則在于利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的共性方法。計(jì)算機(jī)的歷史現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)問(wèn)世之前，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械式計(jì)算機(jī)、機(jī)電式計(jì)算機(jī)和萌芽期的電子計(jì)算機(jī)三個(gè)階段。早在17世紀(jì)，歐洲一批數(shù)學(xué)家就已開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造以數(shù)字形式進(jìn)行基本運(yùn)算的數(shù)字計(jì)算機(jī)。1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家帕斯卡采用與鐘表類似的齒輪傳動(dòng)裝置，制成了最早的十進(jìn)制加法器。1678年，德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲制成的計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步解決了十進(jìn)制數(shù)的乘、除運(yùn)算。英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇在1822年制作差分機(jī)模型時(shí)提出一個(gè)設(shè)想，每次完成一次算術(shù)運(yùn)算將發(fā)展為自動(dòng)完成某個(gè)特定的完整運(yùn)算過(guò)程。1884年，巴貝奇設(shè)計(jì)了一種程序控制的通用分析機(jī)。這臺(tái)分析機(jī)雖然已經(jīng)描繪出有關(guān)程序控制方式計(jì)算機(jī)的雛型，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件而未能實(shí)現(xiàn)。巴貝奇的設(shè)想提出以后的一百多年期間，電磁學(xué)、電工學(xué)、電子學(xué)不斷取得重大進(jìn)展，在元件、器件方面接連發(fā)明了真空二極管和真空三極管;在系統(tǒng)技術(shù)方面，相繼發(fā)明了無(wú)線電報(bào)、電視和雷達(dá)……。所有這些成就為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展準(zhǔn)備了技術(shù)和物質(zhì)條件。與此同時(shí)，數(shù)學(xué)、物理也相應(yīng)地蓬勃發(fā)展。到了20世紀(jì)30年代，物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域經(jīng)歷著定量化的階段，描述各種物理過(guò)程的數(shù)學(xué)方程，其中有的用經(jīng)典的分析方法已根難解決。于是，數(shù)值分析受到了重視，研究出各種數(shù)值積分，數(shù)值微分，以及微分方程數(shù)值解法，把計(jì)算過(guò)程歸結(jié)為巨量的基本運(yùn)算，從而奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的數(shù)值算法基礎(chǔ)。社會(huì)上對(duì)先進(jìn)計(jì)算工具多方面迫切的需要，是促使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)誕生的根本動(dòng)力。20世紀(jì)以后，各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)部門(mén)的計(jì)算困難堆積如山，已經(jīng)阻礙了學(xué)科的繼續(xù)發(fā)展。特別是第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前后，軍事科學(xué)技術(shù)對(duì)高速計(jì)算工具的需要尤為迫切。在此期間，德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)部在進(jìn)行計(jì)算機(jī)的開(kāi)拓工作，幾乎同時(shí)開(kāi)始了機(jī)電式計(jì)算機(jī)和電子計(jì)算機(jī)的研究。德國(guó)的朱賽最先采用電氣元件制造計(jì)算機(jī)。他在1941年制成的全自動(dòng)繼電器計(jì)算機(jī)Z-3，已具備浮點(diǎn)記數(shù)、二進(jìn)制運(yùn)算、數(shù)字存儲(chǔ)地址的指令形式等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特征。在美國(guó)，1940~1947年期間也相繼制成了繼電器計(jì)算機(jī)MARK-1、MARK-2、Model-1、Model-5等。不過(guò)，繼電器的開(kāi)關(guān)速度大約為百分之一秒，使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度受到很大限制。電子計(jì)算機(jī)的開(kāi)拓過(guò)程，經(jīng)歷了從制作部件到整機(jī)從專用機(jī)到通用機(jī)、從“外加式程序”到“存儲(chǔ)程序”的演變。1938年，美籍保加利亞學(xué)者阿塔納索夫首先制成了電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件。1943年，英國(guó)外交部通信處制成了“巨人”電子計(jì)算機(jī)。這是一種專用的密碼分析機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)中得到了應(yīng)用。1946年2月美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院制成的大型電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)(ENIAC)，最初也專門(mén)用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。這臺(tái)完全采用電子線路執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度比繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍。這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。但是，這種計(jì)算機(jī)的程序仍然是外加式的，存儲(chǔ)容量也太小，尚未完全具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征。新的重大突破是由數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)小組完成的。1945年3月他們發(fā)表了一個(gè)全新的存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)方案-電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDVAC)。隨后于1946年6月，馮·諾伊曼等人提出了更為完善的設(shè)計(jì)報(bào)告《電子計(jì)算機(jī)裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探》。同年7~8月間，他們又在莫爾學(xué)院為美國(guó)和英國(guó)二十多個(gè)機(jī)構(gòu)的專家講授了專門(mén)課程《電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)》，推動(dòng)了存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。1949年，英國(guó)劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室率先制成電子離散時(shí)序自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDSAC);美國(guó)則于1950年制成了東部標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)計(jì)算機(jī)(SFAC)等。至此，電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的萌芽時(shí)期遂告結(jié)束，開(kāi)始了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展時(shí)期。在創(chuàng)制數(shù)字計(jì)算機(jī)的同時(shí)，還研制了另一類重要的計(jì)算工具--模擬計(jì)算機(jī)。物理學(xué)家在總結(jié)自然規(guī)律時(shí)，常用數(shù)學(xué)方程描述某一過(guò)程;相反，解數(shù)學(xué)方程的過(guò)程，也有可能采用物理過(guò)程模擬方法，對(duì)數(shù)發(fā)明以后，1620年制成的計(jì)算尺，己把乘法、除法化為加法、減法進(jìn)行計(jì)算。麥克斯韋巧妙地把積分(面積)的計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)度的測(cè)量，于1855年制成了積分儀。19世紀(jì)數(shù)學(xué)物理的另一項(xiàng)重大成就--傅里葉分析，對(duì)模擬機(jī)的發(fā)展起到了直接的推動(dòng)作用。19世紀(jì)后期和20世紀(jì)前期，相繼制成了多種計(jì)算傅里葉系數(shù)的分析機(jī)和解微分方程的微分分析機(jī)等。但是當(dāng)試圖推廣微分分析機(jī)解偏微分方程和用模擬機(jī)解決一般科學(xué)計(jì)算問(wèn)題時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到模擬機(jī)在通用性和精確度等方面的局限性，并將主要精力轉(zhuǎn)向了數(shù)字計(jì)算機(jī)。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世以后，模擬計(jì)算機(jī)仍然繼續(xù)有所發(fā)展，并且與數(shù)字計(jì)算機(jī)相結(jié)合而產(chǎn)生了混合式計(jì)算機(jī)。模擬機(jī)和混合機(jī)已發(fā)展成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特殊品種，即用在特定領(lǐng)域的高效信息處理工具或仿真工具。20世紀(jì)中期以來(lái)，計(jì)算機(jī)一直處于高速度發(fā)展時(shí)期，計(jì)算機(jī)由僅包含硬件發(fā)展到包含硬件、軟件和固件三類子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能-價(jià)格比，平均每10年提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。計(jì)算機(jī)種類也一再分化，發(fā)展成微型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)(包括巨型、大型和中型計(jì)算機(jī))，以及各種專用機(jī)(如各種控制計(jì)算機(jī)、模擬-數(shù)字混合計(jì)算機(jī))等。計(jì)算機(jī)器件從電子管到晶體管，再?gòu)姆至⒃郊呻娐芬灾廖⑻幚砥?，促使?jì)算機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了三次飛躍。在電子管計(jì)算機(jī)時(shí)期(1946~1959)，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。主存儲(chǔ)器是決定計(jì)算機(jī)技術(shù)面貌的主要因素。當(dāng)時(shí)，主存儲(chǔ)器有水銀延遲線存儲(chǔ)器、陰極射線示波管靜電存儲(chǔ)器、磁鼓和磁心存儲(chǔ)器等類型，通常按此對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分類。到了晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)期(1959~1964)，主存儲(chǔ)器均采用磁心存儲(chǔ)器，磁鼓和磁盤(pán)開(kāi)始用作主要的輔助存儲(chǔ)器。不僅科學(xué)計(jì)算用計(jì)算機(jī)繼續(xù)發(fā)展，而且中、小型計(jì)算機(jī)，特別是廉價(jià)的小型數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)開(kāi)始大量生產(chǎn)。1964年，在集成電路計(jì)算機(jī)發(fā)展的同時(shí)，計(jì)算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品系列化的發(fā)展時(shí)期。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器逐步取代了磁心存儲(chǔ)器的主存儲(chǔ)器地位，磁盤(pán)成了不可缺少的輔助存儲(chǔ)器，并且開(kāi)始普遍采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。隨著各種半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器和可改寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器的迅速發(fā)展，以及微程序技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中開(kāi)始出現(xiàn)固件子系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代以后，計(jì)算機(jī)用集成電路的集成度迅速?gòu)闹行∫?guī)模發(fā)展到大規(guī)模、超大規(guī)模的水平，微處理器和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，各類計(jì)算機(jī)的性能迅速提高。隨著字長(zhǎng)4位、8位、16位、32位和64位的微型計(jì)算機(jī)相繼問(wèn)世和廣泛應(yīng)用，對(duì)小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)的需求量也相應(yīng)增長(zhǎng)了。微型計(jì)算機(jī)在社會(huì)上大量應(yīng)用后，一座辦公樓、一所學(xué)校、一個(gè)倉(cāng)庫(kù)常常擁有數(shù)十臺(tái)以至數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)它們互連的局部網(wǎng)隨即興起，進(jìn)一步推動(dòng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從集中式系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)的發(fā)展。在電子管計(jì)算機(jī)時(shí)期，一些計(jì)算機(jī)配置了匯編語(yǔ)言和子程序庫(kù)，科學(xué)計(jì)算用的高級(jí)語(yǔ)言FORTRAN初露頭角。在晶體管計(jì)算機(jī)階段，事務(wù)處理的COBOL語(yǔ)言、科學(xué)計(jì)算機(jī)用的ALGOL語(yǔ)言，和符號(hào)處理用的LISP等高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。操作系統(tǒng)初步成型，使計(jì)算機(jī)的使用方式由手工操作改變?yōu)樽詣?dòng)作業(yè)管理。進(jìn)入集成電路計(jì)算機(jī)發(fā)展時(shí)期以后，在計(jì)算機(jī)中形成了相當(dāng)規(guī)模的軟件子系統(tǒng)，高級(jí)語(yǔ)言種類進(jìn)一步增加，操作系統(tǒng)日趨完善，具備批量處理、分時(shí)處理、實(shí)時(shí)處理等多種功能。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信處理程序、網(wǎng)絡(luò)軟件等也不斷增添到軟件子系統(tǒng)中。軟件子系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，明顯地改變了計(jì)算機(jī)的使用屬性，使用效率顯著提高。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，外圍設(shè)備的價(jià)值一般已超過(guò)計(jì)算機(jī)硬件子系統(tǒng)的一半以上，其技術(shù)水平在很大程度上決定著計(jì)算機(jī)的技術(shù)面貌。外圍設(shè)備技術(shù)的綜合性很強(qiáng)，既依賴于電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等多門(mén)學(xué)科知識(shí)的綜合，又取決于精密機(jī)械工藝、電氣和電子加工工藝以及計(jì)量的技術(shù)和工藝水平等。外圍設(shè)備包括輔助存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備兩大類。輔助存儲(chǔ)器包括磁盤(pán)、磁鼓、磁帶、激光存儲(chǔ)器、海量存儲(chǔ)器和縮微存儲(chǔ)器等;輸入輸出設(shè)備又分為輸入、輸出、轉(zhuǎn)換、模式信息處理設(shè)備和終端設(shè)備。在這些品種繁多的設(shè)備中，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)面貌影響最大的是磁盤(pán)、終端設(shè)備、模式信息處理設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備等。新一代計(jì)算機(jī)是把信息采集存儲(chǔ)處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅能進(jìn)行一般信息處理，而且能面向知識(shí)處理，具有形式化推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力，將能幫助人類開(kāi)拓未知的領(lǐng)域和獲得新的知識(shí)。計(jì)算技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展在人類文明發(fā)展的歷史上中國(guó)曾經(jīng)在早期計(jì)算工具的發(fā)明創(chuàng)造方面寫(xiě)過(guò)光輝的一頁(yè)。遠(yuǎn)在商代，中國(guó)就創(chuàng)造了十進(jìn)制記數(shù)方法，領(lǐng)先于世界千余年。到了周代，發(fā)明了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)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(jì)算每一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí)，通常編出一套歌訣形式的算法，一邊計(jì)算，一邊不斷地重新布棍。中國(guó)古代數(shù)學(xué)家祖沖之，就是用算籌計(jì)算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間。這一結(jié)果比西方早一千年。珠算盤(pán)是中國(guó)的又一獨(dú)創(chuàng)，也是計(jì)算工具發(fā)展史上的第一項(xiàng)重大發(fā)明。這種輕巧靈活、攜帶方便、與人民生活關(guān)系密切的計(jì)算工具，最初大約出現(xiàn)于漢朝，到元朝時(shí)漸趨成熟。珠算盤(pán)不僅對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起過(guò)有益的作用，而且傳到日本、朝鮮、東南亞等地區(qū)，經(jīng)受了歷史的考驗(yàn)，至今仍在使用。中國(guó)發(fā)明創(chuàng)造指南車(chē)、水運(yùn)渾象儀、記里鼓車(chē)、提花機(jī)等，不僅對(duì)自動(dòng)控制機(jī)械的發(fā)展有卓越的貢獻(xiàn)，而且對(duì)計(jì)算工具的演進(jìn)產(chǎn)生了直接或間接的影響。例如，張衡制作的水運(yùn)渾象儀，可以自動(dòng)地與地球運(yùn)轉(zhuǎn)同步，后經(jīng)唐、宋兩代的改進(jìn)，遂成為世界上最早的天文鐘。記里鼓車(chē)則是世界上最早的自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置。提花機(jī)原理劉計(jì)算機(jī)程序控制的發(fā)展有過(guò)間接的影響。中國(guó)古代用陽(yáng)、陰兩爻構(gòu)成八卦，也對(duì)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展有過(guò)直接的影響。萊布尼茲寫(xiě)過(guò)研究八卦的論文，系統(tǒng)地提出了二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算法則。他認(rèn)為，世界上最早的二進(jìn)制表示法就是中國(guó)的八卦。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的沉寂，新中國(guó)成立后，中國(guó)計(jì)算技術(shù)邁入了新的發(fā)展時(shí)期，先后建立了研究機(jī)構(gòu)，在高等院校建立了計(jì)算技術(shù)與裝置專業(yè)和計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)，并且著手創(chuàng)建中國(guó)計(jì)算機(jī)制造業(yè)。1958年和1959年，中國(guó)先后制成第一臺(tái)小型和大型電子管計(jì)算機(jī)。60年代中期，中國(guó)研制成功一批晶體管計(jì)算機(jī)，并配制了ALGOL等語(yǔ)言的編譯程序和其他系統(tǒng)軟件。60年代后期，中國(guó)開(kāi)始研究集成電路計(jì)算機(jī)。70年代，中國(guó)已批量生產(chǎn)小型集成電路計(jì)算機(jī)。80年代以后，中國(guó)開(kāi)始重點(diǎn)研制微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并推廣應(yīng)用;在大型計(jì)算機(jī)、特別是巨型計(jì)算機(jī)技術(shù)方面也取得了重要進(jìn)展;建立了計(jì)算機(jī)服務(wù)業(yè)，逐步健全了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的研究方面，中國(guó)在有限元計(jì)算方法、數(shù)學(xué)定理的機(jī)器證明、漢字信息處理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件等方面都有所建樹(shù)。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面，中國(guó)在科學(xué)計(jì)算與工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了顯著成就。在有關(guān)經(jīng)營(yíng)管理和過(guò)程控制等方面，計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究和實(shí)踐也日益活躍。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)、發(fā)展極其迅速的面向廣大社會(huì)的技術(shù)學(xué)科，它建立在數(shù)學(xué)、電子學(xué)(特別是微電子學(xué))、磁學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械等多門(mén)學(xué)科的基礎(chǔ)之上。但是，它并不是簡(jiǎn)單地應(yīng)用某些學(xué)科的知識(shí)，而是經(jīng)過(guò)高度綜合形成一整套有關(guān)信息表示、變換、存儲(chǔ)、處理、控制和利用的理論、方法和技術(shù)。計(jì)算機(jī)科學(xué)是研究計(jì)算機(jī)及其周?chē)鞣N現(xiàn)象與規(guī)模的科學(xué)，主要包括理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件和人工智能等。計(jì)算機(jī)技術(shù)則泛指計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中所應(yīng)用的技術(shù)方法和技術(shù)手段，包括計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)技術(shù)、軟件技術(shù)、部件技術(shù)、器件技術(shù)和組裝技術(shù)等。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)包括五個(gè)分支學(xué)科，即理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)、計(jì)算機(jī)軟件和計(jì)算機(jī)應(yīng)用。理論計(jì)算機(jī)學(xué)是研究計(jì)算機(jī)基本理論的學(xué)科。在幾千年的數(shù)學(xué)發(fā)展中，人們研究了各式各樣的計(jì)算，創(chuàng)立了許多算法。但是，以計(jì)算或算法本身的性質(zhì)為研究對(duì)象的數(shù)學(xué)理論，卻是在20世紀(jì)30年代才發(fā)展起來(lái)的。當(dāng)時(shí)，由幾位數(shù)理邏輯學(xué)者建立的算法理論，即可計(jì)算性理論或稱遞歸函數(shù)論，對(duì)20世紀(jì)40年代現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的形成產(chǎn)生過(guò)影響。此后，關(guān)于現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)及其程序的數(shù)學(xué)模型性質(zhì)的研究，以及計(jì)算復(fù)雜性的研究等不斷有所發(fā)展。理論計(jì)算機(jī)科學(xué)包括自動(dòng)機(jī)論、形式語(yǔ)言理論、程序理論、算法分析，以及計(jì)算復(fù)雜性理論等。自動(dòng)機(jī)是現(xiàn)實(shí)自動(dòng)計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型，或者說(shuō)是現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)程序的模型，自動(dòng)機(jī)理論的任務(wù)就在于研究這種抽象機(jī)器的模型;程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種形式語(yǔ)言，形式語(yǔ)言理論根據(jù)語(yǔ)言表達(dá)能力的強(qiáng)弱分為O~3型語(yǔ)言，與圖靈機(jī)等四類自動(dòng)機(jī)逐一對(duì)應(yīng);程序理論是研究程序邏輯、程序復(fù)雜性、程序正確性證明、程序驗(yàn)證、程序綜合、形式語(yǔ)言學(xué)，以及程序設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ);算法分析研究各種特定算法的性質(zhì)。計(jì)算復(fù)雜性理論研究算法復(fù)雜性的一般性質(zhì)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)者所見(jiàn)的計(jì)算機(jī)屬性，著重于計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)和功能特性，硬件、軟件和固件子系統(tǒng)的功能分配及其界面的確定。使用高級(jí)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)者所見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)屬性，主要是軟件子系統(tǒng)和固件子系統(tǒng)的屬性，包括程序語(yǔ)言以及操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等的用戶界面。使用機(jī)器語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)者所見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)屬性，則是硬件子系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)(硬件子系統(tǒng)結(jié)構(gòu))及其功能特性，包括指令系統(tǒng)(機(jī)器語(yǔ)言)，以及寄存器定義、中斷機(jī)構(gòu)、輸入輸出方式、機(jī)器工作狀態(tài)等。硬件子系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，它由運(yùn)算器控制器、存儲(chǔ)器和輸入、輸出設(shè)備組成，采用“指令驅(qū)動(dòng)”方式。當(dāng)初，它是為解非線性、微分方程而設(shè)計(jì)的，并未預(yù)見(jiàn)到高級(jí)語(yǔ)言、操作系統(tǒng)等的出現(xiàn)，以及適應(yīng)其他應(yīng)用環(huán)境的特殊要求。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，軟件子系統(tǒng)都是以這種馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)而發(fā)展的。但是，其間不相適應(yīng)的情況逐漸暴露出來(lái)，從而推動(dòng)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)是研究組成計(jì)算機(jī)的功能、部件間的相互連接和相互作用，以及有關(guān)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，均屬于計(jì)算機(jī)組織與實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定分配給硬子系統(tǒng)的功能及其概念結(jié)構(gòu)之后，計(jì)算機(jī)組織的任務(wù)就是研究各組成部分的內(nèi)部構(gòu)造和相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令級(jí)的各種功能和特性。這種相互聯(lián)系包括各功能部件的布置、相互連接和相互作用。隨著計(jì)算機(jī)功能的擴(kuò)展和性能的提高，計(jì)算機(jī)包含的功能部件也日益增多，其間的互連結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜?，F(xiàn)代已有三類互連方式，分別以中央處理器、存儲(chǔ)器或通信子系統(tǒng)為中心，與其他部件互連。以通信子系統(tǒng)為中心的組織方式，使計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)緊密結(jié)合，形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等重要的計(jì)算機(jī)研究與應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史內(nèi)容第一臺(tái)眾所周知的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是美國(guó)軍方定制，專門(mén)為了計(jì)算彈道和射擊特性表面而研制的，承擔(dān)開(kāi)發(fā)任務(wù)的"莫爾小組"由四位科學(xué)家和工程師?？颂?、莫克利、戈?duì)査固?、博克斯組成。1946年這臺(tái)計(jì)算機(jī)主要元器件采用的是電子管。該機(jī)使用了1500ENIACENIAC個(gè)繼電器，18800個(gè)電子管，占地170m，重量重達(dá)30多噸，耗電150KW，造價(jià)48萬(wàn)美元。開(kāi)機(jī)時(shí)讓周?chē)用駮簳r(shí)停電。這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒能完成5000次加法運(yùn)算，400次乘法運(yùn)算，比當(dāng)時(shí)最快的計(jì)算工具快300倍，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬(wàn)倍。用今天的標(biāo)準(zhǔn)看，它是那樣的"笨拙"和"低級(jí)"，其功能遠(yuǎn)不如一只掌上可編程計(jì)算器，但它使科學(xué)家們從復(fù)雜的計(jì)算中解脫出來(lái)，它的誕生標(biāo)志著人類進(jìn)入了一個(gè)嶄新的信息革命時(shí)代。然而，英國(guó)在二戰(zhàn)期間研制的用于破解密電的電子計(jì)算機(jī)巨人(Colossus)卻要比ENIAC早兩年(1943年12)，巨人計(jì)算機(jī)是第一部全然電子化的電腦器件，使用了數(shù)量龐大的真空管，以紙帶作為輸入器件，能夠執(zhí)行各種布林邏輯的運(yùn)算，但仍未具備圖靈完全的標(biāo)準(zhǔn)。巨人計(jì)算機(jī)建造到第9部"馬克二號(hào)"4，但是其實(shí)體器件、設(shè)計(jì)圖樣和操作方法，直到1970年代都還是一個(gè)謎。后來(lái)溫斯頓·丘吉爾親自下達(dá)一項(xiàng)銷(xiāo)毀命令，將巨人計(jì)算機(jī)全都拆解成巴掌大小的廢鐵，巨人計(jì)算機(jī)才因此在許多計(jì)算機(jī)歷史里都未留下一紙紀(jì)錄。英國(guó)布萊切利園目前展有巨人計(jì)算機(jī)的重建機(jī)種。折疊編輯本段第一代電子管計(jì)算機(jī)(1946-1957)這一階段計(jì)算機(jī)的主要特征是采用電子管元件作基本器件，用光屏管或汞延時(shí)電路作存儲(chǔ)器，輸入與輸出主要采用穿孔卡片或紙帶，體積大、耗電量大、速度慢、存儲(chǔ)容量小、可靠性差、維護(hù)困難且價(jià)格昂貴。在軟件上，通常使用機(jī)器語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序。因此這一時(shí)代的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。[1]這時(shí)的計(jì)算機(jī)的基本線路是采用電子管結(jié)構(gòu)，程序從人工手編的機(jī)器指令程序，過(guò)渡到符號(hào)語(yǔ)言，第一代電子計(jì)算機(jī)是計(jì)算工具革命性發(fā)展的開(kāi)始，它所采用的二進(jìn)位制與程序存貯等基本技術(shù)思想，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)。以馮·諾依曼為代表。折疊編輯本段第二代晶體管計(jì)算機(jī)(1957-1964)20世紀(jì)50年代中期，晶體管的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)生產(chǎn)技術(shù)得到了根本性的發(fā)展，由晶體管代替電子管作為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)器件，用磁芯或磁鼓作存儲(chǔ)器，在整體性能上，比第一代計(jì)算機(jī)有了很大的提高。同時(shí)程序語(yǔ)言也相應(yīng)的出現(xiàn)了，如Fortran，Cobol，Algo160等計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。晶體管計(jì)算機(jī)被用于科學(xué)計(jì)算的同時(shí)，也開(kāi)始在數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制方面得到應(yīng)用。[2]在20世紀(jì)50年代之前第一代，計(jì)算機(jī)都采用電子管作元件。電子管元件在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量太多，可靠性較差，運(yùn)算速度不快，價(jià)格昂貴，體積龐大，這些都使計(jì)算機(jī)發(fā)展受到限制。于是，晶體管開(kāi)始被用來(lái)作計(jì)算機(jī)的元件。晶體管不僅能實(shí)現(xiàn)電子管的功能，又具有尺寸小、重量輕、壽命長(zhǎng)、效率高、發(fā)熱少、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。使用晶體管后，電子線路的結(jié)構(gòu)大大改觀，制造高速電子計(jì)算機(jī)就更容易實(shí)現(xiàn)了。晶體管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)折疊編輯本段第三代中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1964-1971)20世紀(jì)60年代中期，中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，成功制造了集成電路。中小規(guī)模集成電路成為計(jì)算機(jī)的主要部件，主存儲(chǔ)器也漸漸過(guò)渡到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，使計(jì)算機(jī)的體積更小，大大降低了計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)的功耗，由于減少了焊點(diǎn)和接插件，進(jìn)