[導讀]從數(shù)學產(chǎn)生之日起，人們便不斷尋求能輔助和加速計算的工具，最終計算工具經(jīng)歷了從簡單到復雜、從低級到高級的許多個階段，演化成了今天的計算機。如今，計算機早已成為我們?nèi)粘＾k公和生活中不可或缺的一部分，你對它的前世今生了解多少？未來的計算機又會怎么發(fā)展呢？從遠古時代的“掐指一算”、“結(jié)繩...
從數(shù)學產(chǎn)生之日起，人們便不斷尋求能輔助和加速計算的工具，最終計算工具經(jīng)歷了從簡單到復雜、從低級到高級的許多個階段，演化成了今天的計算機。如今，計算機早已成為我們?nèi)粘＾k公和生活中不可或缺的一部分，你對它的前世今生了解多少？未來的計算機又會怎么發(fā)展呢？從遠古時代的“掐指一算”、“結(jié)繩記事”到算籌、算盤，再到機械計算機、電子計算機，人類一直在想方設法延伸自己的大腦。
1642年，法國數(shù)學家帕斯卡(B.Pascal)為了減輕父親的稅務工作，發(fā)明了世界上第一臺機械計算機。雖然它只是用手轉(zhuǎn)動齒輪來實現(xiàn)加法運算，但是這意味著：可以用機械裝置代替人的大腦進行思考和記憶。
（Pascaline）
19世紀，英國數(shù)學家查爾斯·巴貝奇（Charles Babbage）提出了通用計算機的基本設計思想，設計了第一臺可編程化計算機。巴貝奇的一生發(fā)明了三個機器：差分機一號、分析機、差分機二號，盡管因為種種原因最終都沒有制造出來，但這是人類第一次嘗試制造大型計算機的開始。這之后，布爾代數(shù)，數(shù)字邏輯電路等開始出現(xiàn)，為多年后出現(xiàn)的數(shù)字計算機奠定了理論基礎。
（完成1/7的差分機一號）
第一代計算機（電子管計算機）
1946年，一臺名為ENIAC的電子管計算機在美國費城問世，這被認為是世界上第一臺通用計算機。這臺計算機可是個龐然大物——共用了約18000個真空電子管、1500個繼電器，重27噸，占地167平方米，耗電達150千瓦，每秒可進行5000次加法運算、400次乘法運算。據(jù)說當時每次ENIAC開動起來，費城全城的電壓都會降低！
（ENIAC）
雖然這時的計算機只能通過人工扳動龐大面板上的各種開關(guān)來輸入數(shù)據(jù)信息，但其已經(jīng)能夠使用機器語言進行重新編程，解決各種計算問題，計算速度是手工計算的20萬倍！因此ENIAC打開了科學計算領域的大門，人類社會從此進入了電子計算和信息化時代。
第二代計算機（晶體管計算機）
1956年，晶體管和磁芯存儲器的使用促使了第二代計算機的誕生。除了體積大，耗電多以外，機器運行發(fā)熱使得真空電子管極易損壞是電子管計算機的致命缺陷，ENIAC無電子管損壞的最高記錄才100多個小時！因此，晶體管的發(fā)明是計算機世代改變的基礎，相較于電子管，晶體管體積更小、壽命更長、效率更高。這時計算機軟件也有了較大發(fā)展：采用了監(jiān)控程序（操作系統(tǒng)的雛形），出現(xiàn)了匯編語言，產(chǎn)生了FORTRAN和COBOL等程序設計語言和批處理系統(tǒng)IBSYS。
美國IBM公司于1958年推出了其第一臺商用晶體管計算機IBM 7090。作為第二代電子計算機的典型代表，IBM?7090從1960年到1964年一直都統(tǒng)治著科學計算的領域。但這時計算機的生產(chǎn)成本仍然很高，生產(chǎn)數(shù)量極少。
（IBM?7090）
第三代計算機（中小規(guī)模集成電路計算機）
隨著半導體工藝的發(fā)展，集成電路技術(shù)出現(xiàn)了。也就是說，可以把晶體管、電阻、電容和電感等多個電子元件及布線集成在一小塊半導體芯片上。這時，中小規(guī)模集成電路開始成為計算機的主要部件，主存儲器也逐漸過渡到半導體存儲器，使得計算機的體積更小，功耗更低，可靠性也更高。?1964年，IBM成功研制了第一個采用集成電路的的通用電子計算機系列IBM System/360。它的問世讓單一操作系統(tǒng)適用于整個系列的產(chǎn)品，成為了史上第一個指令集可兼容的計算機。該產(chǎn)品上市后全球各地的訂單蜂擁而至，到1966年，IBM每月售出超過千臺產(chǎn)品，每臺的價格在250到300萬美元之間。
（IBM360 Model 30的操作臺）
此時，隨著操作系統(tǒng)的逐漸成熟，程序設計語言也越來越標準化。計算機廠家開始將一些當時流行的高級語言固化在計算機內(nèi)存中，例如BASIC語言、FORTRAN語言，以及C語言等多種高級語言。
第四代計算機（大規(guī)模集成電路計算機）
第四代計算機是第三代計算機的延伸與擴展，主要指從1971年以后采用大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）為主要電子器件制成的計算機。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，我們可以將數(shù)百萬個晶體管封裝在單個芯片上。例如英特爾在1989年推出的80486芯片，就使用了1微米的制造工藝集成了120萬個晶體管。這使得計算機的體積和價格不斷下降，而功能和可靠性不斷增強。?計算機開始走向千家萬戶，產(chǎn)品走向了通用化、系列化和標準化。其標志性事件是1971年Intel公司推出了世界上第一款商用微處理器Intel 4004，開創(chuàng)了微型計算機的新時代。之后面向個人的PC電腦，筆記本電腦誕生了：?
第四代計算機的時代到今天仍在繼續(xù)，而這半個多世紀來計算機的發(fā)展給社會帶來的改變是巨大的。這里對電子計算機4個發(fā)展階段的特點總結(jié)如下：
現(xiàn)代計算機分類及發(fā)展趨勢
在摩爾定律的作用下，計算機不斷推陳出新，從外觀、功能配置，到硬件設備都變得更加多樣化。到今天，計算機技術(shù)已經(jīng)非常成熟，不只是筆記本電腦，像平板電腦、手機、ATM，以及各種自助終端機等等，這些都是形態(tài)各異的現(xiàn)代化計算機。它們的出現(xiàn)改變著我們與計算機的交互方式。
現(xiàn)代計算機可以分為4類：l?個人計算機（Personal Computer），也稱為 PC，就是我們平時用的臺式機、筆記本等。l?超級計算機（Super Computer），功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，用于復雜的大規(guī)模運算，一般用于國家高科技領域和尖端技術(shù)研究等大型科研項目上。l?嵌入式計算機（Embedded Computer），是針對某個特定的應用，以應用為中心，軟硬件可裁剪的計算機。其應用十分廣泛，比如汽車、電視中的微處理器，NASA行星漫游車上的導航設備，冰箱、洗衣機等電器設備都算嵌入式計算機。l?服務器（Server），相比個人計算機，服務器運行更快、負載更高、價格更貴。服務器一般是在網(wǎng)絡中為其它客戶機（如PC機、智能手機、ATM等終端甚至火車系統(tǒng)等大型設備）提供計算或者應用服務。
? ??（ZTE R8500 G4服務器）
而近十年來，“云計算”“云存儲”成為了計算機領域最令人關(guān)注的話題之一。其最為顯著的特點就是虛擬化，用戶通過網(wǎng)絡就可以獲取到近乎無限的資源，突破了時間、空間的界限。而“云服務”的背后，是用幾千甚至上萬臺服務器一起并行工作，來支持大容量高吞吐的在線服務。當歷史的車輪不斷前行時，我們未來也還會面對更多種類、更多形式的計算機。而其發(fā)展趨勢，大概率依然會朝著微型化、智能化、虛擬化等方向發(fā)展。不同于PC，服務器是IT服務的最底層，將是不可缺少的支撐設備。通過高性能服務器虛擬化為云服務器，提供豐富多樣的“云服務”，用戶可以方便地進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫搭建、Web服務器搭建等工作。隨著大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的發(fā)展，對服務器和存儲設備也會提出新的要求。那么，要為不同業(yè)務按需提供基礎支撐，定制化服務器也將成為新的應用趨勢。?往更長遠了看，目前不少學者正致力于研究量子計算機、光子計算機，甚至生物計算機等前沿技術(shù)，也許，一場新的技術(shù)變革正在醞釀。?總之，計算機是人類偉大的發(fā)明，因“算”而生，而不止于“算”。它改變了我們的生產(chǎn)和生活方式，未來也將助力更多新興技術(shù)的發(fā)展。最后，你還記得你用過的第一臺計算機是什么品牌、什么型號嗎？
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關(guān)注我們，帶你了解通信世界的精彩！
1642年，法國數(shù)學家帕斯卡(B.Pascal)為了減輕父親的稅務工作，發(fā)明了世界上第一臺機械計算機。雖然它只是用手轉(zhuǎn)動齒輪來實現(xiàn)加法運算，但是這意味著：可以用機械裝置代替人的大腦進行思考和記憶。
（Pascaline）
19世紀，英國數(shù)學家查爾斯·巴貝奇（Charles Babbage）提出了通用計算機的基本設計思想，設計了第一臺可編程化計算機。巴貝奇的一生發(fā)明了三個機器：差分機一號、分析機、差分機二號，盡管因為種種原因最終都沒有制造出來，但這是人類第一次嘗試制造大型計算機的開始。這之后，布爾代數(shù)，數(shù)字邏輯電路等開始出現(xiàn)，為多年后出現(xiàn)的數(shù)字計算機奠定了理論基礎。
（完成1/7的差分機一號）
第一代計算機（電子管計算機）
1946年，一臺名為ENIAC的電子管計算機在美國費城問世，這被認為是世界上第一臺通用計算機。這臺計算機可是個龐然大物——共用了約18000個真空電子管、1500個繼電器，重27噸，占地167平方米，耗電達150千瓦，每秒可進行5000次加法運算、400次乘法運算。據(jù)說當時每次ENIAC開動起來，費城全城的電壓都會降低！
（ENIAC）
雖然這時的計算機只能通過人工扳動龐大面板上的各種開關(guān)來輸入數(shù)據(jù)信息，但其已經(jīng)能夠使用機器語言進行重新編程，解決各種計算問題，計算速度是手工計算的20萬倍！因此ENIAC打開了科學計算領域的大門，人類社會從此進入了電子計算和信息化時代。
第二代計算機（晶體管計算機）
1956年，晶體管和磁芯存儲器的使用促使了第二代計算機的誕生。除了體積大，耗電多以外，機器運行發(fā)熱使得真空電子管極易損壞是電子管計算機的致命缺陷，ENIAC無電子管損壞的最高記錄才100多個小時！因此，晶體管的發(fā)明是計算機世代改變的基礎，相較于電子管，晶體管體積更小、壽命更長、效率更高。這時計算機軟件也有了較大發(fā)展：采用了監(jiān)控程序（操作系統(tǒng)的雛形），出現(xiàn)了匯編語言，產(chǎn)生了FORTRAN和COBOL等程序設計語言和批處理系統(tǒng)IBSYS。
美國IBM公司于1958年推出了其第一臺商用晶體管計算機IBM 7090。作為第二代電子計算機的典型代表，IBM?7090從1960年到1964年一直都統(tǒng)治著科學計算的領域。但這時計算機的生產(chǎn)成本仍然很高，生產(chǎn)數(shù)量極少。
（IBM?7090）
第三代計算機（中小規(guī)模集成電路計算機）
隨著半導體工藝的發(fā)展，集成電路技術(shù)出現(xiàn)了。也就是說，可以把晶體管、電阻、電容和電感等多個電子元件及布線集成在一小塊半導體芯片上。這時，中小規(guī)模集成電路開始成為計算機的主要部件，主存儲器也逐漸過渡到半導體存儲器，使得計算機的體積更小，功耗更低，可靠性也更高。?1964年，IBM成功研制了第一個采用集成電路的的通用電子計算機系列IBM System/360。它的問世讓單一操作系統(tǒng)適用于整個系列的產(chǎn)品，成為了史上第一個指令集可兼容的計算機。該產(chǎn)品上市后全球各地的訂單蜂擁而至，到1966年，IBM每月售出超過千臺產(chǎn)品，每臺的價格在250到300萬美元之間。
（IBM360 Model 30的操作臺）
此時，隨著操作系統(tǒng)的逐漸成熟，程序設計語言也越來越標準化。計算機廠家開始將一些當時流行的高級語言固化在計算機內(nèi)存中，例如BASIC語言、FORTRAN語言，以及C語言等多種高級語言。
第四代計算機（大規(guī)模集成電路計算機）
第四代計算機是第三代計算機的延伸與擴展，主要指從1971年以后采用大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）為主要電子器件制成的計算機。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，我們可以將數(shù)百萬個晶體管封裝在單個芯片上。例如英特爾在1989年推出的80486芯片，就使用了1微米的制造工藝集成了120萬個晶體管。這使得計算機的體積和價格不斷下降，而功能和可靠性不斷增強。?計算機開始走向千家萬戶，產(chǎn)品走向了通用化、系列化和標準化。其標志性事件是1971年Intel公司推出了世界上第一款商用微處理器Intel 4004，開創(chuàng)了微型計算機的新時代。之后面向個人的PC電腦，筆記本電腦誕生了：?
- 1973年誕生了第一臺供個人使用的計算機Alto，其首次使用了桌面比擬和鼠標驅(qū)動的圖形用戶界面技術(shù)，并且配備了以太網(wǎng)接口和文本處理器，這與我們今天所使用的個人電腦已經(jīng)大致相同。
- 1981年Osborne發(fā)布了第一臺便攜式電腦，其重約12千克，售價為1795美元，這是現(xiàn)代筆記本的雛形。1985年日本東芝推出了第一臺真正意義上的筆記本電腦T1100，該產(chǎn)品重量約為4.1千克，搭配了Intel 8086處理器，起售價2000美元左右。
第四代計算機的時代到今天仍在繼續(xù)，而這半個多世紀來計算機的發(fā)展給社會帶來的改變是巨大的。這里對電子計算機4個發(fā)展階段的特點總結(jié)如下：
現(xiàn)代計算機分類及發(fā)展趨勢
在摩爾定律的作用下，計算機不斷推陳出新，從外觀、功能配置，到硬件設備都變得更加多樣化。到今天，計算機技術(shù)已經(jīng)非常成熟，不只是筆記本電腦，像平板電腦、手機、ATM，以及各種自助終端機等等，這些都是形態(tài)各異的現(xiàn)代化計算機。它們的出現(xiàn)改變著我們與計算機的交互方式。
現(xiàn)代計算機可以分為4類：l?個人計算機（Personal Computer），也稱為 PC，就是我們平時用的臺式機、筆記本等。l?超級計算機（Super Computer），功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，用于復雜的大規(guī)模運算，一般用于國家高科技領域和尖端技術(shù)研究等大型科研項目上。l?嵌入式計算機（Embedded Computer），是針對某個特定的應用，以應用為中心，軟硬件可裁剪的計算機。其應用十分廣泛，比如汽車、電視中的微處理器，NASA行星漫游車上的導航設備，冰箱、洗衣機等電器設備都算嵌入式計算機。l?服務器（Server），相比個人計算機，服務器運行更快、負載更高、價格更貴。服務器一般是在網(wǎng)絡中為其它客戶機（如PC機、智能手機、ATM等終端甚至火車系統(tǒng)等大型設備）提供計算或者應用服務。
? ??（ZTE R8500 G4服務器）
而近十年來，“云計算”“云存儲”成為了計算機領域最令人關(guān)注的話題之一。其最為顯著的特點就是虛擬化，用戶通過網(wǎng)絡就可以獲取到近乎無限的資源，突破了時間、空間的界限。而“云服務”的背后，是用幾千甚至上萬臺服務器一起并行工作，來支持大容量高吞吐的在線服務。當歷史的車輪不斷前行時，我們未來也還會面對更多種類、更多形式的計算機。而其發(fā)展趨勢，大概率依然會朝著微型化、智能化、虛擬化等方向發(fā)展。不同于PC，服務器是IT服務的最底層，將是不可缺少的支撐設備。通過高性能服務器虛擬化為云服務器，提供豐富多樣的“云服務”，用戶可以方便地進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫搭建、Web服務器搭建等工作。隨著大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的發(fā)展，對服務器和存儲設備也會提出新的要求。那么，要為不同業(yè)務按需提供基礎支撐，定制化服務器也將成為新的應用趨勢。?往更長遠了看，目前不少學者正致力于研究量子計算機、光子計算機，甚至生物計算機等前沿技術(shù)，也許，一場新的技術(shù)變革正在醞釀。?總之，計算機是人類偉大的發(fā)明，因“算”而生，而不止于“算”。它改變了我們的生產(chǎn)和生活方式，未來也將助力更多新興技術(shù)的發(fā)展。最后，你還記得你用過的第一臺計算機是什么品牌、什么型號嗎？
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關(guān)注我們，帶你了解通信世界的精彩！
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