电脑的发展历史

电脑的学名叫计算机，电脑是用来做计算的。在古时候，人们最早使用的计算工具可能是手指，英文单词“digit”既有“数字”的意思，又有“手指“的意思。古人用石头打猎，所以还有可能是石头来辅助计算。  缺点：手指和石头太低效了

后来出现了”结绳 “记事。   缺点：结绳慢，绳子还有长度限制。

又不知过了多久，许多国家的人开始使用”筹码“来计数，最有名的就要数咱们中国商周时期出现的算筹了。古代的算筹实际上是一根根同样长短和粗细的小棍子，大约二百七十几枚为一束 多用竹子制成，也有用木头、兽骨、象牙、金属等材料制成的。数学家祖冲之计算圆周率时使用的工具就是算筹。   算筹的缺点：使用算筹计算太麻烦了，很不方便——计算时需要慢慢摆放。

于是，人们发明了更好的计算工具——算盘，算盘最早可能在汉代萌芽，在南北朝时期定型，利用进位制计数。使用时需要配合一套口诀——好比计算机的软件。算盘本身还可以存储数字，使用时很方便。至今，算盘还在被使用。

15世纪，随着天文和航海的发展，计算工作越来越繁重，计算工具急需改进。

1630年，英国数学家奥特雷德在使用当时流行的对数刻度尺做乘法运算时，突然想到，如果用两根相互滑动的对数刻度尺，不久省去了用两脚规度量长度了么。他的这个想法导致了机械化计算的诞生，但奥特雷德对这件事情并没有在意，此后200年里，他的发明也就没有被实际应用。

18世纪末，发明蒸汽机的瓦特成功制作了第一把计算尺，在尺座上增加了一个滑标，用来“存储”计算的中间结果，这种滑标很长时间一直被后人所沿用。

1850年以后，计算尺迅速发展，成为工程师随身携带的”计算器“，一直到20世纪五六时年代，计算尺仍然是工科大学生的一种身份标志。

第一台真正计算机的出现

1623年，法国数学家帕斯卡出生，三岁丧母，后由担任税务官的父亲养大。在帕斯卡小时候，看到父亲费力的计算税率税款的时候，就想帮父亲做点事情。

19岁时（1642年），帕斯卡发明了人类有史以来第一台机械计算机——帕斯卡加法器。它是一种系列齿轮组成的装置，外形像一个长方盒子，用儿童玩具那种钥匙旋紧发条后才能转动，只能够做加法和减法。然而，即使只做加法，也有个“逢十进一”的进位问题。聪明的帕斯卡采用了一种小爪子式的棘轮装置。当定位齿轮朝9转动时，棘爪便逐渐升高；一旦齿轮转到0，棘爪就“咔嚓”一声跌落下来，推动十位数的齿轮前进一档。

1662年帕斯卡去世，不久后，在德国的大数学家莱布尼茨看到了帕斯卡关于加法计算机的论文，勾引起了他的发明欲。莱布尼茨早年经历坎坷，后来获得了一次去法国的机会，在巴黎的时候，他聘请了一些著名的机械专家和能工巧匠，终于在1674年制造出了一台更完美的机械计算机。

莱布尼茨发明的新型计算机约有1米长，内部安装了一系列齿轮机构，除了体积较大之外，基本原理继承于帕斯卡。不过，莱布尼茨技高一筹，他为计算机增添了一种名叫“步进轮”的装置。步进轮是一个有9个齿的长圆柱体，9个齿依次分布于圆柱表面；旁边另有个小齿轮可以沿着轴向移动，以便逐次与步进轮啮合。每当小齿轮转动一圈，步进轮可根据它与小齿轮啮合的齿数，分别转动1/10、2/10圈……，直到9/10圈，这样一来，它就能够连续重复地做加法。

连续重复的计算加减法

连续重复的计算加法是现代计算机做乘除法采用的办法，莱布尼茨的计算机加减乘除四则运算一应俱全。

在介绍莱布尼茨的时候还有一个小插曲。（传说大约在1700年左右的某天，莱布尼茨的朋友送给他一副中国的”易图“，其实就是八卦图，在看八卦图的时候，发现八卦的每一种卦象都有阴阳两种符号组成，这不就是有规律的二进制数字么，于是他就由此，率先系统提出了二进制的运算法则，直到今天，我们用到的计算机还是使用的二进制。）

计算机发展到现在还是人去操作机器，还没有实现人与机器的对话，或者会所是把人类的思想告诉机器，让机器按照人的想法去自动执行。说到实现人机对话，就要说一下另外一个行业——纺织业。

提花编织机是具有升降纱线的提花装置，是一种能使绸布编织出图案花纹的织布机器。

最开始编织机编织图案相当费事。所有的绸布都是用经线（纵向线）和纬线（横向线）编织而成。若要织出花样，织工们必须细心地按照预先设计的图案，在适当位置“提”起一部分经线，以便让滑梭牵引着不同颜色的纬线通过。机器当然不可能自己“想”到该在何处提线，只能靠人手“提”起一根又一根经线，不厌其烦地重复这种操作。

1725 年：法国纺织机械师布乔发明了“穿孔纸带”的构想。布乔想出了一个“穿孔纸带”的绝妙主意。布乔首先设法用一排编织针控制所有的经线运动，然后取来一卷纸带，根据图案打出一排排小孔，并把它压在编织针上。启动机器后，正对着小孔的编织针能穿过去钩起经线，其它则被纸带挡住不动。于是，编织针自动按照预先设计的图案去挑选经线，布乔的“思想”“传递”给了编织机，编织图案的“程序”也就“储存”在穿孔纸带的小孔中。

1790年 的时候法国机械师杰卡德，基本形成了改进提花机的构想，由于当时正是法国大革命时期，杰卡德为了参加革命，无暇顾及发明创造，直到1805年才真正完成”自动提花编织机“的制作。杰卡德为他的提花机增加了一种装置，能够同时操纵 1200 个编织针，控制图案的穿孔纸带后来换成了穿孔卡片。

在后来电子计算机开始发展的最初几年中，在多款著名计算机中我们均能找到自动提花机的身影。

18世纪末，法兰西发起了一项宏大的工程——人工编制《数学用表》，由于当时没有先进的计算工具，导致这项工作极其艰巨。发足数学界调集和大批的数学家，组成人工计算的流水线，算的昏天暗地才完成了17卷大部分的书稿，即便如此，计算出的《数学用表》仍有大量错误。

巴贝奇在他的自传《一个哲学家的生命历程》里写到，大约在1812年的，“有一天晚上，我坐在剑桥大学的分析学会办公室里，神志恍惚地低头看着面前打开的一张对数 表。一位会员走进屋来，瞧见我的样子，忙喊道：‘喂！你梦见什么啦？’我指着对数表回答说：‘我正在考虑这些表 也许能用机器来计算！’”

巴贝奇的第一个目标是制作一台”差分机“，

所谓“差分”的含义，是把函数表的复杂算式转化为差分运算，用简单的加法代替平方运算。那一年，刚满20岁的巴贝奇从法国人杰卡德发明的提花编织机上获得了灵感，差分机设计闪烁出了程序控制的灵光──它能够按照设计者的旨意，自动处理不同函数的计算过程。巴贝奇耗费了整整十年光阴，于1822年完成了第一台差分机，它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数，当即就演算出好几种函数表。由于当时工业技术水平极低，第一台差分机从设计绘图到机械零件加工，都是巴贝奇亲自动手完成。当他看着自己的机器制作出准确无误的《数学用表》，高兴地对人讲：“哪怕我的机器出了故障，比如齿轮被卡住不能动，那也毫无关系。你看，每个轮子上都有数字标记，它不会欺骗任何人。”以后实际运用证明，这种机器非常适合于编制航海和天文方面的数学用表。

成功后，巴贝奇连夜上书皇家学会，要求政府资助他建造第二台运算精度为20位的大型差分机。政府看到巴贝奇的研究有利可图，破天荒地与科学家签订了第一个合同。

然而，第二台差分机在机械制造工厂里触上了“暗礁”。第二台差分机大约有25000个零件，主要零件的误差不得超过每英寸千分之一，即使用现在的加工设备和技术，要想造出这种高精度的机械也绝非易事。

由于进度缓慢，到1842年的时候，政府宣布停止对巴贝奇的一切资助，连科学界的有人都用一种怪异的目光看他。

然而在这个时候，巴贝奇收到了一封信，写信人不仅对他表示理解而且还希望与他共同工作。娟秀字体的签名表明了她不凡的身份——伯爵夫人。收到信函不久后，写信的女士来到了巴贝奇的实验室，巴贝奇感觉与这位女士似曾相识，却有想不起在哪里见过。直到这位女士说”您还记得我吗？十多年前，您还给我讲过差分机原理。”看到巴贝奇迷惑的眼神，她又笑着补充说：“您说我像野人见到了望远镜。”巴贝奇恍然大悟，想起已经十分遥远的往事。 原来这位女士是大名鼎鼎的英国诗人拜伦之独生女——阿达·奥古斯塔。

在大型差分机进军受挫的1834年，巴贝奇提出了一个更新更大胆的设计——通用的数学计算机。巴贝奇称它为“分析机”，它能够自动解算100个变量的复杂算题，每个数字可以达25位，速度每秒1次。

巴贝奇首先为分析机构思了一种齿轮式的“存贮库”，每一齿轮可贮存10个数，总共能够储存1000个50位数。分析机的第二个部件是所谓“运算室”，其基本原理与帕斯卡的转轮相似，但他改进了进位装置，使得50位数加50位数的运算可完成于一次转轮之中。此外，巴贝奇也构思了送入和取出数据的机构、以及在“存储库”和“运算室”之间运输数据的部件。他甚至还考虑到如何使这台机器处理依条件转移的动作。一个多世纪过去后，现代电脑的结构几乎就是巴贝奇分析机的翻版，只不过它的主要部件被换成了大规模集成电路而已。仅此一说，巴贝奇就当之无愧于计算机系统设计的“开山鼻祖”。

阿达非常准确地评价道：“分析机'编织’的代数模式同杰卡德织布机编织的花叶完全一样”。于是，为分析机编制一批函数计算程序的重担，落她的肩头。阿达开天辟地第一回为计算机编出了程序，其中包括计算三角函数的程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等。阿达编制的这些程序，即使到了今天，电脑软件界的后辈仍然不敢轻易改动一条指令。人们公认她是世界上第一位软件工程师。众所周知，美国国防部据说是花了250亿美元和10年的光阴，把它所需要软件的全部功能混合在一种计算机语言中，希望它能成为军方数千种电脑的标准。1981年，这种语言被正式命名为ADA语言，使阿达的英名流传至今。当然这些都是后话了。

在当时，两人为把分析机的图纸变成现实，耗尽了全部财产，搞得一贫如洗，在此期间，两人为筹措研究经费，两人还商量“下海创收”，比如制作国际象棋玩具、赛马游戏机等等。但这并没有带来什么改变，为此，阿达还两次把丈夫家中的祖传珍宝拿去当铺换钱，不过后来又被阿达的母亲赎了回来。在经历了贫困交加和无休止的脑力劳动，阿达的身体状况急剧恶化，1852年，年仅36岁的阿达怀着对分析机美好的梦想去世了。

阿达去世后，巴贝奇又默默的独自坚持了20年，晚年的他已经不能准确发音 和有条理的表达自己的意思，但仍坚持工作。1871年巴贝奇去世。最终分析机没有被制造出来。巴贝奇和阿达设想的分析机超出了他们所处时代至少一个世纪。

1890年，德国侨民霍列瑞斯博士在美国做人口普查（上一次人口普查人工花了7年），人口普查需要做大量工作，如年龄、性别等用调查表做采集的项目，还要计算每个社区有多少老人、小孩，男人、女人等。霍列瑞斯博士就想用机器自动统计这些数据。几年后

他根据巴贝奇的发明和杰卡德的穿孔纸带设计了机器。结果花了6周就得出了准确的数据。

杰卡德和霍列瑞斯分别用开创了程序设计和数据处理之先河。以历史的目光审视他们的发明，正是这种程序设计和数据处理，构成了电脑“软件”的雏形。

1896年霍列瑞斯博士创办了IBM公司的前身。

到了现在，制造出来的计算机都是机械的，机械计算机向电子计算机发展的过渡时期发生的主要事件。

1906年，美国的德福雷斯特发明了电子管，为计算机的发展奠定了基础。

1907年，德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管(电子管)的发明专利。真空三极管可分别处于“饱和”与“截止”状态。“饱和”即从阴极到屏极的电流完全导通，相当于开关开启；“截止”即从阴极到屏极没有电流流过，相当于开关关闭。其控制速度要比艾肯的继电器快成千上万倍。

计算工具的演化经历了由简单到复杂、从低级到高级的不同阶段，例

如从“结绳记事”中的绳结到算筹、算盘计算尺、机械计算机等。它们在不同的历史时期发挥了各自的历史作用，同时也启发了现代电子计算机的研制思想。

1889年，美国科学家赫尔曼·何乐礼研制出以电力为基础的电动制表机，用以储存计算资料。

1930年，美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台模拟电子计算机。

1946年2月14日，由美国军方定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”（ENIAC Electronic Numerical And Calculator）在美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC（中文名：埃尼阿克）是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的，这台计算器使用了17840支电子管，大小为80英尺×8英尺，重达28t（吨），功耗为170kW，其运算速度为每秒5000次的加法运算，造价约为487000美元。ENIAC的问世具有划时代的意义，表明电子计算机时代的到来。在以后60多年里，计算机技术以惊人的速度发展，没有任何一门技术的性能价格比能在30年内增长6个数量级。

第1代：电子管数字机（1946—1958年）

硬件方面，逻辑元件采用的是真空电子管，主存储器采用汞延迟线

、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。

缺点是体积大、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。

第2代：晶体管数字机（1958—1964年）

软件方面的操作系统、高级语言及其编译程序应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、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。

第3代：集成电路数字机（1964—1970年）

硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路（MSI、SSI），主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。特点是速度更快（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。

第4代：大规模集成电路机（1970年至今）

硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。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。

由于集成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上、从而出现了微处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机，就是我们常说的微电脑或PC机。微型计算机体积小，价格便宜，使用方便，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。另一方面，利用大规模、超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片，已经制成了体积并不很大，但运算速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。我国继1983年研制成功每秒运算一亿次的银河Ⅰ这型巨型机以后，又于1993年研制成功每秒运算十亿次的银河Ⅱ型通用并行巨型计算机。这一时期还产生了新一代的程序设计语言以及数据库管理系统和网络软件等。

随着物理元、器件的变化，不仅计算机主机经历了更新换代，它的外部设备也在不断地变革。比如外存储器，由最初的阴极射线显示管发展到磁芯、磁鼓，以后又发展为通用的磁盘，现又出现了体积更小、容量更大、速度更快的只读光盘（CD—ROM）。

电脑从产生到现在，一共经历了四代：

第一代电脑（1946-1958年第一代电脑的主要特点是采用电子管作为逻辑元件，因此，通常人们又称第一代电脑为电子管电脑。用水银延迟线或阴极射线管作主存储器，用磁鼓作辅助储存，采用纸带、卡片、磁带等进行输入和输出，用机器语言和汇编语言写程序。这一代电脑主要用于军事目的和科学研究。它体积庞大、笨重、耗电多、可靠性差、速度慢、维护困难。其主流机器为UNIVAC。

第二代电脑（1959-1964年第二代电脑的硬件部分采用了晶体管作为逻辑元件，体积减小，但功能增强，这一代电脑又被人们称为晶体管电脑。辅助存储器采用了铁氧磁芯和磁鼓、磁盘，开始用高级语言（FORTRAN、COBOL、ALCOL等）编写程序，并出现了管理程序。该阶段的电脑使输入、输出和运算可“同步”进行。电脑的应用已经从军事领域和科学计算扩展到数据处理和事务处理。它的体积减小、重量减轻、耗电量减少、速度加快、可靠性增强。其主流机种为IBMT00系列。

第三代电脑（1965-1970年第三代电脑的硬件部分使用中、小规模集成电路代替了分立元件晶体管，因此又被称为中、小规模集成电路电脑。采用微程序技术和流水线技术提高了电脑的灵活性和运行速度；软件方面管理程序已经发展为操作系统，并出现了诊断程序。这一时期的电脑主要用于科学计算、数据处理以及过程控制。由于元器件体积减小、功能增强，使得电脑的体积、重量进一步减小，运算速度和可靠性有了进一步的提高。该阶段的主流产品是IBM-svsteIn／360。

第四代电脑（1971年至今第四代电脑的硬件部分采用了大规模和超大规模的集成电路作为逻辑元件，采用半导体存储器作为主存储器，辅助存储器采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入光盘。外部设备也有了很大的发展。软件更加丰富，并出现了数据库管理系统，软件行业已经发展成为现代新型的工业部门。电脑的体积、容量、功耗进一步减小，运算速度、存储容量和可靠性等有了大幅度提高。微型电脑的出现，开始形成网络。

电子电脑在经历了上面这四个发展阶段以后，目前正向第五代过渡。第五代电脑与前四代电脑有着本质的区别，它是把信息采集、存储、处理、通讯同人工智能结合在一起的智能电脑系统，它不仅能进行数值计算和处理一般的信息，而且主要面向知识处理，具有推理、联想、学习和理解的能力，能帮助人们进行判断、决策、开拓未知的领域和获取新的知识。