计算机的过去、现在和未来

【摘要】计算机已经非常深入地存在于我们的工作和学习生活中，过去的计算机，体积大，价格贵，速度慢，无法做到普及，现在的计算机，体积小，价格便宜，速度快，是我们工作生活娱乐休闲的好帮手。未来的计算机，是我们难以想像的，分为超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算机。特点是体积更小，速度却快得无法形容。

【关键词】计算机；过去；现在；未来

一、计算机的过去

（一）第一台计算机

1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。

二战期间，出于战争上的考虑，美国军方要求宾州大学莫奇来（Mauchly）博士和他的学生爱克特（Eckert）设计一种新型的计算工具，开发团队的设计思路是以真空管取代继电器，于是，世界上第一台电脑ENIAC就诞生了。Eniac全称是Electronic Numerical Integrator and Calculator，即电子数字积分器与计算器），当时的用途是用来计算炮弹弹道。这部计算机使用了18800个真空管，长50英尺，宽30英尺，占地1500平方英尺，重达30吨它的计算速度在当时，比任何计算工具都快，因为它每秒可进行5000次加法运算，400次乘法运算，是手工计算速度的20万倍。从今天的角度看来，它是相当低级，相当缓慢的，今天的任意一台可编程掌上计算器都可以轻松打败它，但当时来说，这算得上是一个伟大的发明，因为它使科学家们从繁重的计算任务中解脱了出来，它的诞生，标志着人类进入了一个崭新的信息时代。

（二）第一代计算机

第一代计算机采用真空管技术。它的特点是笨重，缓慢，无真正意义上的操作系统，系统软件使用机器指令和汇编语言编制而成，存储设备是汞延迟线。输入、输出设备是用穿孔卡片。

以“埃尼亚克”为代表，第一代计算机推向了市场。进入了普通人的日常工作中，第一代计算机的发展的时间长河中，美籍科学家冯·诺伊曼提出了著名的“程序存储”的概念，这是一个伟大的发明，以后的计算机均使用了此概念来设计，它的设计思路是，把程序和数据送到内存中，内存有很多存储单元，每个存储单元都有编号，按顺序排列，于是，数据就有了顺序。然后，计算机按编号，一个编号一个编号的访问，执行这些数据代表的指令。这样，计算机就能自动的，连续的工作了。

第一代电子计算机又称“电子管计算机”。这一代计算机，是以电子管作为主要电路元件的。时间划分上，1946-1957年生产的电子计算机都是第一代电子计算机。

（三）第二代计算机

第二代电子计算机采用的元器件是晶体管。之前的元器件是电子管。电子管的缺点有很多。比如，体积大，速度慢，价格贵，不可靠，热量多，这些问题导致计算机发展受到诸多限制。于是，晶体管开始被广泛运用。使用了晶体管以后，基本克服了以上缺点，于是，高速计算机的梦想，开始实现了。

在1954年，催迪克在美国诞生了，这是世界上第一台晶体管计算机，是美国贝尔实验室研制成功的，这台计算机使用了800个晶体管。之后的一年中，美国在某种洲际导弹上装备了以晶体管为主要元件的小型计算机。晶体管计算机开始在不同领域中开始运用。

在1958年，第一台全部使用晶体管的计算机在美国产生了。这台计算机的速度从最开始的每秒几千次提高到几十万次。在后来的6年中，晶体管电子计算机经历了大范围的发展过程。以前是印刷电路板，后来是单元电路和随机存储器，以前是运算理论，后来是程序设计语言，努力的创新使晶体管计算机越来越优秀。

（四）第三代计算机

第三代计算机的产生和发展在1964-1971年。采用的元器件是中小规模集成电路板。这种集成电路板集成了1000个以内的逻辑门。集成电路是美国德州的工程师ack Kilby发明的。他将三种电子元件集成在一小块硅片上，更多的元件集成到某种半导体芯片上，这样做出来的计算机就有了新的，更优秀的特征，比如说体积变得更小，运算速度更快。能源消耗更小。这个时期，出现了操作系统，操作系统能够使得计算机同时运行许多不同的程序。

第三代计算机的运算速度可达每秒几十万次至几百万次。内存容量扩大到几十万字节。在计算机语言的发展上，出现了面向人类的高级语言。

（五）第四代计算机

在1966年和1967年，人们研制成功了大规模集成电路和超大规模集成电路，这项技术被使用在了计算机的制造上。代表机型有日本富士通公司生产出M-190机和美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机。

以上就是计算机的过去。下面，我归纳了一下现在的计算机。

二、现在的计算机

现在（2000年以后）的计算机，速度越来越快，存储器越来越大，功耗越来越小，外观也越来越漂亮。现在的计算机，由硬件系统和软件系统组成，硬件系统包括：主板，CPU，内存，显卡，硬盘，显示器，键盘，鼠标。硬件的发展，尤其是CPU的发展，日新月异，CPU从486、586发展到奔3，奔4，再到如今的I3 I5 I7，运算速度有了百倍千倍，万倍的提高，硬盘的容量从2000年的20G，发展到如今的3TB，内存也从2000年的128M，发展到16G。

软件系统包括系统软件和应用软件。系统软件的发展，从win98发展到如今的win 10.而应用软件更是五花八门。有聊天通讯软件，音乐播放软件，图像编辑软件，下载软件，娱乐休闲软件，杀毒安全软件等。功能越来越多，运用越来越丰富多彩。计算机的应用领域也已渗透到社会的各行各业，主要应用领域如下： 1.科学计算；2.数据处理；3.计算机辅助设计与制造；4.过程控制；5.人工智能；6.网络应用。

三、计算机的未来

（一）量子计算机

量子是一种神奇的物质，而量子计算机（quantum computer）是一种遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。原理是不确定原理、对应原理和波尔理论等。全球首台量子计算机由谷歌公司研制，有可能在2017年上市。目前，中国量子计算机也已经取得突破性进展，中国科技大学成功制造出了半导体量子芯片和量子存储，量子芯片就是计算机的CPU，负责运算的，量子储存可以实现超远距离的数据传输。量子计算机的处理速度有了颠覆性的提高，万倍亿倍于现在的计算机。例如，算一个300位数的质因数，现在的计算机要算几千年，而量子计算机很短的时间就可以完成。

（二）DNA计算机

DNA计算机是一种生物形式的计算机。它的主要元器件采用的是DNA（脱氧核糖核酸）。以有规律的DNA序列为运算对象，通过分子生物学的运算操作以解决复杂的数学问题。世界上第一台DNA计算机诞生于1994年，发明人是莱昂那多.阿德莱曼，一般来看，一台的DNA计算机能够存储的的数据是普通电脑的上亿倍，而解决各种计算问题所耗费的时间仅为现今最厉害的超级计算机的几分之一。所以，DNA计算机是我们这个时代最重要的新发明。

（三）光计算机

光计算机是由光子取代电子，实现超高速数据处理的计算机。使用的元器件是光调制器，使用的技术包括光内连技术，就是说，在运算部分与存储部分之间进行光的连接，运算部分可直接对存储部分进行同时多线程存取。速度方面，大大超越了传统的总线体系结构。光计算机目前尚处于研制阶段。

电子的传播速度是593km每秒，光子的传播速度却能达到3×105km每秒。对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它是通过导线来传导的，电子在导线中的运行速度大不如光速，虽然目前电子计算机运算速度不断提高，但它的能力极限还是有一个度的。一旦光子计算机成功问世，将会比现在的超级计算机快1000～10000倍。

光子计算机的研制已经取得了令人喜悦的进展，美国杜克大学的计算机团队制造出了能够实现超快速开关的LED灯管，每秒钟能够开关900亿次。这样的表现使它能够取代之前的任何LED技术，这项技术标准可以构成光子计算机的硬件基础。

虽然目前我们广泛使用的还是电子计算机，但是从发展潜力来看，光子计算机比电子计算机的潜力大得多，在图像处理、目标识别和人工智能方面，光子计算机将来发挥的作用远比电子计算机大。

并行传输、超高速运算、超大规模的存储、消耗小、热量低，这是光计算机的特点，在不久的将来，光计算机会成功出现，会从军用走向民用，成为人们日常生活中的得力助手。

参考文献：

[1]谢柏青.大学计算机应用基础.北京大学出版社2008

作者简介：

曾杰（1982-），男，实验师，湖南铁路科技职业技术学院信息技术系，研究方向：计算机硬件。