计算机发展简史

孙金友

摘要：当今世界，科学技术日新月异，特别是信息技术的迅猛发展极大地改变了我们的生活，这其中以计算机技术的发展所带来的影响最为明显。从第一台计算机ENIAC的诞生到现在已有60多个春秋，这在人类文明的历史长河中只是短暂的一瞬间，然而计算机却极大地改变了我们的生产和生活，并将继续深刻地影响人类社会的发展。本文回顾计算机发展的历史，追溯它的起源，并浅显地探讨其发展趋势。

关键词：计算机 二进制 冯·诺依曼 ENIAC 元器件 发展趋势

一、古代世界的计算方法

（一）原始社会的计算方法

1.石块、贝壳计数。原始社会，生产力水平低下，人们的智力尚未得到开发，所以用于计算的方法极其原始：当时人们收集石块放到用动物的皮做成的袋子里，或将贝壳用骨针和植物的藤条串联起来，用“一对一”的方法，计算猎物或者植物果实的数量。

2.结绳计事/数。随着时间的推移和人们智力水平的提高，原始人在长绳上打结点，利用结点的大小和形状的不同来记事或计数，这比用贝壳、石块进行记事或者计数方便了许多，但随着时间的推移人们对绳子结点的内容容易模糊甚至忘记。

3.手指计数。原始人的手指和足趾是个天生的“计数器”，用手掌表示“五”，双手表示“十”。时至今日，幼儿甚至某些小学生在计算数学题时，仍用手指计数。

（二）古代文明社会的计算方法

1.算筹又称小棒计数。人们利用竹子、木头、兽骨、象牙以及金属材料制成长短、粗细大致相同的小棒用以计数，这在我国称为算筹。它是古代数学家重要的计算工具，比如，三国时期数学家刘徽用它把圆周率计算到小数点后两位；南北朝数学家祖冲之更是用它将圆周率计算到小数点后第七位。在欧洲，人们还在木牌上刻条纹，代表债务或税款，将木牌一分为二，债务当事人各存一半，结账时拼合比对无误，则被承认。

2.算盘即珠算。算盘是以算珠代替算筹，并将其串成串，以一定规则框成一个框架，并配之计算口诀，运用起来更加方便。它源于中国，“算盘”一词最早见于元朝陶宗仪的《南村辍耕录》。

3.根据自然现象或自然个体来辅助计算。进入农牧时代，人们根据自然现象或自然个体来辅助计算。如用太阳方位计算时辰，用水流量、沙流量计算体积和时间，用季节循环计算年份等等。后来人们从中总结出自然规律，发明了自己的符号、工具和文字用以记载、记录和预测农业生产生活及自然界发生的变化。各国文字、尺、规、距、斗等由此发展而来。

4.计算尺。英国人甘特在公元1520年设计出计算尺，在一些较特殊的运算中比较快速、省时。

5.手摇计算机。法国数学家巴斯嘉最早发明了手摇计算机。它用齿轮代表数字，以齿轮间的咬合装置实现进位，高位齿轮转一圈，低位齿轮转十圈。经过逐步改良，它既能做加、减法，又能做乘、除法，运用起来更加简捷、快速。

二、电子计算机的诞生

（一）历史背景

二十世纪三、四十年代，随着火炮的发展，弹道计算日益复杂，原有的手摇计算机已不能满足使用的要求。为了摆脱这种被动局面，迫切需要有一种新的快速的电子计算工具。在此背景下电子计算机的研制工作被提上了日程。

（二）理论基础

1.二进制思想的诞生。18世纪德国数理哲学大师莱布尼茨从他的传教士朋友鲍威特寄给他的拉丁文译本《易经》中，读到了八卦的组成结构，惊奇地发现其基本素数（0）（1），即《易经》的“阴爻- -”和“__阳爻”，其进位制就是二进制，并认为这是世界上数学进制中最先进的。这时二进制思想最早被提出来。

2.巴贝奇与分析机。巴贝奇设想用机械来计算数学表，他设计了一台小型机械计算机，能进行8位数的特定数学运算。在政府的资助下，他潜心设计一台容量为20位数的计算机，但这需要有精深的机械工程知识。巴贝奇经过专心的研究，于1834年设计出分析机。

3.图灵与图灵机。图灵在一篇题为“论数字计算在决断难题中的应用”的论文中，给“可计算性”下了一个严格的数学定义，并提出著名的“图灵机”的设想。“图灵机”与“冯·诺依曼机”并驾齐驱，被永远载入计算机的发展史册。今天世界计算机科学领域的最高荣誉就被称为“图灵奖”，相当于计算机科学界的诺贝尔奖。

4.香农与二进制。香农在其硕士论文《继电器与开关电路的符号分析》中，提出了把电路系统的“开”和“关”与二进制符号中的“1”和“0”对应起来的设计思想。这奠定了数字电路的理论基础。

5.冯·诺依曼的历史性贡献：存储程序和程序控制原理。冯·诺依曼开创性的将二进制作为计算机的数制基础，极大地简化了计算机的逻辑线路，并提出基于存储程序和程序控制的现代计算机工作原理，开创了现代计算机理论，冯·诺依曼机的结构体系一直沿用至今。

（三）世界上第一台电子计算机ENIAC（中文名字：埃尼阿克）的诞生

1946年2月14日，世界上第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。

三、电子计算机的发展阶段

一般以电子计算机的逻辑元器件的不同来划分其发展过程。据这个原则，现代电子计算机的发展经历了以下四个阶段。

1.电子管计算机（1946——1958）。计算机的元器件采用电子管，软件采用机器语言、汇编语言。其特点是：体积大、耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂。

2.晶體管计算机（1958——1964）。计算机的元器件采用晶体管，软件也较以前有了提高，出现了大量的高级语言和编译程序并且出现了操作系统。其特点是：体积缩小，耗电减少，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高。

3.集成电路计算机 （1964——1971）。计算机的元器件采用中小规模集成电路，软件逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高级语言都有新的发展。特点是：体积更加小型化、耗电量更少、可靠性更高，应用领域更加广泛。

4.大规模、超大规模集成电路计算机（1971年以后）。计算机的元器件采用了大规模、超大规模集成电路。其特点是：微型化、耗电极少、可靠性很高；它开创了微型计算机的新时代，微处理器和微型计算机如雨后春笋般地被研制出来，个人电脑开始走进千家万户，人类真正进入了计算机时代。

四、现代计算机的发展趋势

一般认为现代计算机的主要发展方向是微型化 、巨型化、网络化、智能化和多媒体计算机。

随着科学技术的飞速发展，特别是对芯片技术和人工智能科学研究的深入，越来越多的专家和学者更倾向于将现代计算机的发展归结为三个领域。第一个领域是向“高、精、尖”的方向发展，即所谓的巨型计算机。其容量越来越大，性能越来越高，速度越来越快，对国民经济和国防建设具有举足轻重的作用。另一个领域就是向广度方向发展，计算机技术越来越渗透到社会生活的方方面面，比如，虚拟现实、卫星导航、手势感应、视觉感应等。第三个领域是向深度方向发展，即向智能化和微型化方向发展。具体表现在量子计算机、光子计算机、分子计算机和纳米计算机等等，这将为宇宙航天、空间探测、核子研究、生物学和医学研究等课题开辟全新的领域。

（责编 张宇）