计算机的发展分为四个阶段，那么各个阶段的特征是什么？

Posted 2022-05-11 杨亦涛

1、第1代：电子管数字机（1946—1958年）

特征：体积大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。

2、第2代：晶体管数字机（1958—1964年）

特征：体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）、性能比第1代计算机有很大的提高。

3、第3代：集成电路数字机（1964—1970年）

特征：速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。

4、第4代：大规模集成电路机（1970年至今）

特征：1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。

                   

计算机的特点

1、运算速度快

运算速度是指计算机每秒能够执行多少条指令，常用的单位是MIPS（Mi11ion Instruction Per Second），即每秒钟能够执行多少百万条指令。现在高性能计算机每秒能进行几百亿次以上的加法运算。

2、计算精度高、可靠性强

计算精度由计算机的字长和计算采用的算法决定。电子计算机的计算精度在理论上不受限制，一般通过一定的技术手段，就可以实现任何精度要求。由于在计算机内部采用二进制，在传输和处理时不易出现差错，从而使计算机的高可靠性得到了有力的保证。

3、存储能力强

在计算机内部有一个专门的记忆部件——存储器，用以记忆信息。它具有存储大量数据、信息的能力，且能够准确无误地长期保存和快速读取，从而保证了计算机能够自动高速地运行。内部记忆能力，是电子计算机和其他计算工具的一个重要区别。

4、逻辑判断能力强

计算机不仅能够进行算术运算，而且能够进行逻辑运算。借助于逻辑运算，可以让计算机作出逻辑判断，根据判断结果作出相应的对策。

有了逻辑判断能力，使得计算机能够进行诸如情报检索、资料分类、逻辑推理和定理证明等具有逻辑加工性质的工作，大大扩展了计算机的应用范围。这种能力保证了计算机信息处理的高度自动化。

5、通用性强

任何复杂繁重的信息处理任务，只要能抽象出其数学模型，都可以用程序来描述。由于计算机均采用“存储程序和程序控制”式工作原理，使得其具有通用性。

所以只要在计算机中存入不同的程序，它就能执行并完成不同的任务。程序可以由用户自己编写，也可以由厂家提供，其内容灵活多样，特别是采用数字化编码技术，使得计算机的应用从若干传统领域扩大到了很多新的应用领域。

计算机发展的四个阶段

ENIAC是第一台真正能够工作的电子计算机，但它还不是现代意义的计算机。ENIAC能完成许多基本计算，如四则运算、平方立方、sin和cos等。但是，它的计算需要人的大量参与，做每项计算之前技术人员都需要插拔许多导线，非常麻烦。

1946年美国数学家冯·诺依曼看到计算机研究的重要性，立即投入到这方面的工作中，他提出了现代计算机的基本原理：存储程序控制原理（下面有专门讨论），人们也把采用这种原理构造的计算机称作冯·诺依曼计算机。根据存储程序控制原理造出的新计算机EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator，爱达赛克）和EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，爱达瓦克）分别于1949和1952年在英国剑桥大学和美国宾夕法尼亚大学投入运行。EDSAC是世界上第一台存储程序计算机，是所有现代计算机的原型和范本。EDVAC是最先开始研究的存储程序计算机，这种机器里还使用了10000只晶体管。但是由于一些原因，EDVAC到1952年才完成。

IBM公司于1952年开发出世界上最早的成功的商品计算机IBM701。随着军用和民用的发展，工业化国家的一批公司企业投入到计算机研究开发领域中，这可以看作是信息产业的开始。当时的人们完全没有意识到计算机的潜在用途和发展，IBM公司在开始开发计算机时还认为“全世界只需要五台计算机”就足够了。

虽然计算机具有本质的通用性，但计算机的硬件只提供了解决各种计算问题的物质基础，要将计算机应用到解决任何问题的具体实践中，使用者都必须编写出有关的程序或者软件。早期计算机在这方面是非常难用的，人们需要用很不符合人的习惯的二进制编码形式写程序，既耗费日时，又容易出错。这种状况大大地限制了计算机的广泛应用。

五十年代前期，计算机领域的先驱者们就开始认识到这个问题的重要性。1954年，IBM公司约翰·巴克斯领导的小组开发出第一个得到广泛重视，后来被广泛使用（至今仍在使用）的高级程序设计语言FORTRAN。FORTRAN语言的诞生使人们可以用比较习惯的符号形式描述计算过程，这大大地提高了程序开发效率，也使更多的人乐于投入到计算机应用领域的开发工作中。FORTRAN语言推动着IBM的新机器704走向世界，成为当时最成功的计算机，也将IBM公司推上计算机行业龙头老大的地位。软件的重要性由此可见一斑。

随着计算机应用的发展，许多新型计算机不断被开发出来，计算机的功能越来越强，速度越来越快。与此同时，计算机科学理论的研究和计算机技术的研究开发也取得了丰硕的成果。人们开始进一步研究计算过程的本质特征、程序设计的规律、计算机系统的硬件结构和软件结构。一些新的程序设计语言，如Algol60、COBOL、LISP等被开发出来，军用和民用科学计算仍然是计算机应用的主要领域，计算机也开始在商务数据处理领域崭露头角。一些新的研究和应用领域，如人工智能、计算机图形图像处理等也露出了萌芽。

稳步发展

1965年IBM公司推出了360系列计算机，开始了计算机作为一种商品的发展史的一个新阶段。操作系统、高级程序设计语言编译系统等基本软件在这时已经初步成型，这些勾勒出那个年代计算机系统的基本框架。360计算机采用半导体集成电路技术，第一次提出了系列计算机的概念，不同型号的机器在程序指令的层次上互相兼容，它们都配备了比较完备的软件。360以及随后的370系列计算机取得了极大的成功。从七十年代开始，美国和日本的一些公司开始生产与IBM机器兼容的大型计算机，打破了IBM公司的垄断局面，推动了计算机行业的价格竞争和技术进步。

在另一个方面，以DEC（数据设备公司）为代表的一批企业开始开发小型、低价格、高性能的计算机，统称为小型计算机。这类计算机主要用于教育部门、科学研究部门和一般企业部门，用于各种科学技计算和数据处理工作，得到非常广泛的应用。其他类型的计算机也逐渐被开发出来。其中重要的有为解决大规模科学与工程计算问题（民间的或者军事的问题）而开发的巨型计算机，这类计算机通常装备了的多个数据处理部件（中央处理器，CPU），这些部件可以同时工作，因而能大大提高了计算机的处理能力。另一类常见的计算机被称为工作站，通常在企业或科研部门中由个人使用，主要用于图形图像处理、计算机辅助设计、软件开发等专门领域。

到了六十年代末，随着半导体技术的发展，在一颗集成电路芯片上能够制造出的电子元件数已经突破1000的数量级，这就使在一个芯片上做出一台简单的计算机成为可能。1971年Intel公司的第一个微处理器芯片4004诞生，这是第一个做在一个芯片上的计算机（实际上是计算机的最基本部分，CPU），它预示着计算机发展的一个新阶段的到来。1976年苹果计算机公司成立，它在1977年推出的APPLE II计算机是早期最成功的微型计算机。这种计算机性能优良、价格便宜，时价只相当于一台高档家电。这种情况第一次使计算机有可能走入小企业、商店、普通学校，走入家庭成为个人生活用品。计算机在社会上扮演的角色从此发生了根本性的变化，它开始从科学研究和大企业应用的象牙塔中走了出来，逐渐演化成为普通百姓身边的普通器具。

在这个时期中另一项有重大意义的发展是图形技术和图形用户界面技术。计算机诞生以后，一直以一种单调乏味的字符行式的面孔出现在使用者面前，这样的命令形式和信息显示形式，即复杂又不直观的人机交互方式，如果说专业工作者还可以容忍的话，大众就很难接受和使用了。为了面向普通百姓，计算机需要一种新的表现形式。Xerox公司Polo Alto研究中心（PARC）在七十年代末开发了基于窗口菜单按钮和鼠标器控制的图形用户界面技术，使计算机操作能够以比较直观的、人容易理解的形式进行，为计算机的蓬勃发展做好了技术准备。Apple公司完全仿照PARC的技术开发了它的新型Macintosh个人计算机（1984），采用了完全的图形用户界面，取得巨大成功。这个事件和1983年IBM推出的PC/XT计算机一起，启动了微型计算机蓬勃发展的大潮流。

另一项影响深远的研究也是从七十年代中开始的，这就是计算机网络技术的研究。早期的计算机都是孤立工作的，许多人围着一台计算机，通过各种终端设备使用计算机完成自己的工作，使用计算机内部存储的信息。当人们想把数据或程序从一台计算机弄到另一台计算机去时，通常需要做物理的物质的移动：把存好数据程序的磁带（或磁盘）从一台计算机的外部设备搬到另一台计算机的外部设备。容易想到，在这个过程中需要传输的实际上就是信息，为什么信息不能通过电信号传输呢？为什么不能把两台计算机用电子线路连接起来，通过这种线路在计算机之间传输信息呢？当然，由于在这里需要传输的是数字信号，要保证可靠的传输、正确的接收，需要一些专门的硬件设备和相应的软件。简单地把两台计算机连接起来并不很困难，沿着这条路继续走下去，人们看到了更多的可能性，这是一大片等待开垦的肥沃土地：为什么不能把更多的计算机连接起来呢？相距遥远的计算机难道不能连在一起吗？

突飞猛进

从八十年代后期开始，计算机发展进入了一个突飞猛进，甚至可以说是疯狂发展的时期。推动这种迅猛发展的动力是多方面的。包括：

技术进步导致计算机的性能飞速提高，与此同时计算机的价格大幅度降低。在计算机领域有一条非常有名的定律，被称为“莫尔定律”，由美国人G. Moore在1965年提出。该定律说，同样价格的计算机核心部件（CPU）的性能大约18个月提高一倍。这个发展趋势已经延续了三十多年。60年代中期是IBM 360诞生的年代，那时计算机的一般价格在百万美元的数量级，性能为每秒十万到一百万条指令的样子。而今天的普通微型机，每秒可以执行数亿条指令，价格还不到那时计算机的千分之一，而性能达到那时计算机的大约一千倍。也就是说，在这段不长的时间里，计算机的性能价格比提高了超过一百万倍。这种进步来源于CPU设计理论、方法和技术的不断创新，以及集成电路制造工艺的飞速进步。这种惊人的发展速度至今还没有减缓的征兆。与此同时，计算机存储系统的容量也飞速增加，加工飞速下降。三十多年来，单位容量的内存、外存价格下降的幅度与计算机相当，今天普通微型机的内、外存容量早已是IBM360一类大型计算机的成百上千倍。正是计算机性能和价格的这种发展，导致小规模的企业商店，以至个人和家庭都能用得起性能很高的计算机。

计算机专业人员开发出了易用的图形形式的人机界面，并且已经开发出大量能够帮助普通人解决实际问题的应用程序系统。这两个方面的发展都是意义重大的。计算机易用性和有用性的提高使更多的人能够接受它、愿意使用它。使用人群的扩大，销售市场的蓬勃发展进一步推动计算机产业为普通人开发各种各样应用系统。许多成功应用系统的出现又反过来促使更多的人加入计算机用户的队伍。

计算机网络的发展。随着计算机的增加，人们对在不同计算机之间共享各种信息资源的需求越来越强烈，要求把许多计算机常规性地连接到一起，能够方便地使用其他计算机所能够提供的各种信息资源，包括存储在那里的信息本身、计算机的信息存储能力和信息处理能力等。计算机网络发展的早期，人们建立起许许多多局部性的小型网络，也建立起一些行业部门专用的或者跨部门的远距离网络。八十年代以后得到迅猛发展的Internet使人真正看到了计算机网络的巨大威力和无穷无尽的应用潜力。

各个领域的电子化、计算机化浪潮汹涌澎湃。计算机应用发展经历了许多阶段，从开始阶段主要用于政府机构、商务产业部门的内部数据处理，后来有各种广泛计算机化的用户服务系统。这些方面较早的成功范例是航空机票预订系统和银行的客户服务系统。今天的现代化企业已经从内到外全面地计算机化了：从社会、用户需求分析，产品设计开发、模拟试验，生产管理、原材料采购存储，到最后的产品销售和客户服务，以及各种供销信息的统计分析，没有一个环节离得开计算机。可以说，现代化企业的一个重要方面，就是用计算机武装到了牙齿并能够在企业运行的各方面充分发挥了计算机的作用。

总而言之，计算机及其应用飞速发展的最重要外部推动力是社会的需求，内部的发展动力是计算机硬件软件理论、技术和产业的发展。它们又是互相推动的。