1.1 计算机的发展历史

• 1.1 计算机的发展历史
  • 从 1946 年 2 月 15 日第一台计算机 ENIAC（Electronic Numberical Integrator and Computer ）诞生以来，计算机的发展经历了近 60 年的迅猛发展。下面从硬件和软件两个方面简单介绍计算机的发展历程。
  • 1.1.1 更新换代的计算机硬件
    • 翻开计算机的发展历史，人们感受最直接的是计算机器件的发展，因此习惯上将计算机的发展按“代”划分为五个阶段。
      • 1. 电子管时代（ 1946 年 - 1959 年）
        • 在第一代电子管阶段，计算机以电子管作为基本逻辑单元，主存储器采用的是汞延迟线、磁鼓等材料，数据用定点表示。
        • ENIAC当属鼻祖，它体积庞大（8英寸高，3英尺宽，100英尺长），使用了18000个电子真空管、1500个电子继电器、70000个电阻和18000个电容，功耗为150千瓦，重达30吨，速度为5000次加法运算/秒。
        • 在这一阶段，最具代表性的机器有：冯·诺依曼的IAS(1946年)、UNIVAC公司的UNIVAC-1(1951年)、IBM公司的IBM701（1953年）和IBM704（1956年）。我国在这一阶段推出的计算机有103机、104机、119机等机种。
      • 2. 晶体管时代（1959年-1964年）
        • 第二代晶体管阶段的计算机主要以晶体管代替电子管作为基本逻辑元件，主存储器有磁芯构成，通过引入浮点运算硬件加速科学计算能力。
        • 晶体管计算机具有体积小、功耗低、速度快和可靠性高等特点，推动了计算机的革命。最具代表性的机器有：IBM公司的IBM7090（1959年）、IBM7094(1962年)。我国在1965年推出了第一台晶体管计算机--DJS-5机，此后成功研制了DJS-121机、DJS-108机等5个机种。
      • 3. 中、小规模集成电路时代（1964年--1975年）
        • 随着半导体工艺的发展，集成电路得以研制成功，集成电路器件成为了计算机的主要逻辑元件，推动计算机进入了第三个发展阶段--中、小规模集成电路（MSI、SSI）时代。主存储器也随之进入了由半导体存储器替代磁芯存储器的发展阶段，采用多处理器并行结构的大型机、巨型机和物美价廉的小型机得到快速发展。
        • 本阶段典型的计算机有：IBM公司的IBM360系列（1964年）、CDC公司的CDC6600（1964年）和DEC公司的PDP-8（1964年）。我国在此时期也推出了大、中、小型计算机，如150机（1973年）、DJS-130机(1974年，并形成了100系列机)、220机（1973年-1981年，200系列机）和182机（1976年，180系列机）。
      • 4. 超大规模集成电路时代（1975年-1990年）
        • 随着集成电路的集成度进一步提高，超、大规模电路被广泛应用于计算机，进入了第四个阶段--超、大规模集成电路（VLSI、LSI)时代。此时半导体存储器已完全替代了磁芯存储器，并推动并行技术、多机系统和分布式计算技术，出现了RISC指令集。
        • 在这一时期，巨型向量机、阵列机等高级计算机得到了发展，如美国的Cray-I、我国的HY-I等，同时低档的微处理器开始面世，并迅速推向社会各个领域和家庭。
        • 1973年，Intel8080的研制成功标志着8为微机占领市场时刻的到来，如Z80微机、Apple II微机等，而1978年采用Intel8086微处理器构成的16位微机IBM-PC/XT的面世，使得台式个人计算机真正走进办公室和家庭。
        • 低端微机发展的另一个方面是单片机，它被广泛应用于工业控制、智能仪器、仪表。
        • 与此同时，计算机网络也由实验研究阶段转入商业市场，推动了计算机信息处理的发展和应用，从而带动并形成了信息技术IT产业。
      • 5. 超级规模集成电路时代（1990年-现在）
        • 从集成度来看，计算机使用的半导体芯片的集成度已接近极限，出现了极大、甚大规模集成电路（UI.SI、EI.SI)。这一阶段，出现了采用大规模并行计算和高性能集群计算技术的超级计算机，如IBM公司的“深蓝”计算机就是一台RS/6000 SP2超级计并行计算机，它具有256块处理器芯片。我国的HY-III（大规模并行处理，128个CPU，1997年）、HY-IV（机群技术）巨型机已达到国际水平，而在1999年，“神威-I”超级并行处理计算机的成功研制使我国继美国和日本之后第三个具备研制高性能计算机能力的国家。2004年，我国研制开发的超级计算机--“曙光4000A”接入全球超级计算机500强排行榜的前10名，标志着我国超级计算机技术已跨入世界前列。
        • 微处理器技术也在高速发展，推出了32位、64位的微处理器芯片，如Pentium IV、Itanium II等，使微处理器性能更上了一个台阶。我国也开始了微处理器芯片的设计与研究，推出了自己的“龙芯”微处理器芯片。微处理器芯片除了可以作为微机的主要处理器部件，还可以作为巨型机的处理单元，构成大规模计算阵列。
  • 1.1.2 日臻完善的计算机软件
    • 软件是计算机系统的主要组成部分，它能够在计算机裸机的基础上，更好地发掘计算机的性能。因此计算机软件的发展与计算机硬件及技术的发展紧密相关。
    • 1. 汇编语言阶段（20世纪50年代）
      • 这一阶段软件基本是空白，根本没有系统软件，只有专业人员才能操作计算机。人们通过机器语言来编写程序，没有程序控制流概念。当需要在程序中插入一条新指令时，必须由程序员手工移动数据和程序，操作频繁而困难。为了便于记忆和操作，出现了指令助记符描述语言--汇编语言。汇编语言程序是最早的软件设计抽象形式，代表了机器语言的第一层抽象。
    • 2. 程序批处理阶段（20世纪60年代）
      • 在这一阶段，编译器开始出现，软件方面产生了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言，控制流概念获得直接应用，并开始对算法和数据结构进行研究，出现了数据类型、子程序、函数、模块等概念，将复杂的程序划分为相对独立的逻辑块，大大简化了程序设计过程。在软件调度与管理上，建立了子程序库和批处理的管理程序。
    • 3. 分时多用户阶段（20世纪70年代）
      • 高级语言的便利使人们不断完善编译程序和解释程序的功能，极大地改进了程序设计手段和设计描述方法。人们开始认识到加强对计算机硬件资源管理和利用的必要性，提出了多道程序和并行处理等新技术，推出了UNIX操作系统（1974年）。多个用户可以通过操作系统终端将程序输入到功能较强的中央主机，操作系统分时调度运行程序，这一阶段随着UNIX系统的成功面世，产生了C语言的编程风格。
    • 4. 分布式管理阶段（20世纪80年代）
      • UNIX操作系统的问世，人们开始在这一环境上研究分布式操作系统，自IBM公司推出PC/XT后，出现了开放式的、模块化的单机操作系统--DOS系统。在这一时期，人们将精力用于研究数据库管理系统，致力于一个单位的信息管理软件的开发，使办公自动化、无纸化成为可能。同时我国开始了汉字信息处理的系统软件开发，完成了CDOS汉字处理系统。在20世纪80年代中后期，开放式局域网接入市场，为信息共享奠定了物质基础，基于网络的分布式系统软件的研究初现端倪。
    • 5. 软件重用阶段（20世纪90年代）
      • 在这个阶段面向对象技术得到了广泛的应用，形成了以面向对象为基础的一系列软件概念和模型，包括基于视窗的操作系统、软件界面的可视化构成控件、动态链接库、组件、OLE、ODBC、CORBA、JavaBean等，为软件的划分、重用和组装设计提供了崭新的思想和技术，同时随着Internet网络技术的成熟和完善，基于Web的分布式应用软件研究与开发成了主流，出现了软件工程的概念。
    • 6. Web服务阶段（21世纪初期-现在）
      • 目前，基于Internet网络技术的分布式计算软件仍然是软件业研究和开发的主要方向，如Web多层体系结构、协同计算模型等。大型企业数据库管理系统的应用为软件的开发的主流。然而随着应用系统的增强和扩充，需要进一步挖掘Internet网络功能，一次人们开始了Web应用服务器系统软件的研究，形成了以Web应用服务器为中心的多层开发体系结构，出现了J2EE编程技术规范，推出了网络计算技术和Web Services协议架构。这些都是构造下一代Internet网络的主要技术。