計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史整理

一.發(fā)展歷史

計(jì)算工具的演化經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的不同階

段，例如從“結(jié)繩記事”中的繩結(jié)到算籌、算盤計(jì)算尺、機(jī)械

計(jì)算機(jī)等。它們?cè)诓煌臍v史時(shí)期發(fā)揮了各自的歷史作用，同

時(shí)也啟發(fā)了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的研制思想。

1889年，美國(guó)科學(xué)家赫爾曼?何樂(lè)禮研制出以電力為基礎(chǔ)的

電動(dòng)制表機(jī)，用以儲(chǔ)存計(jì)算資料。

1930年，美國(guó)科學(xué)家范內(nèi)瓦?布什造出世界上首臺(tái)模擬電子

計(jì)算機(jī)。

1946年2月14日，由美國(guó)軍方定制的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算

機(jī)“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”（ENIACElectronicNumerical

AndCalculator）在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)問(wèn)世了。ENIAC（中文

名：埃尼阿克）是美國(guó)奧伯丁武器試驗(yàn)場(chǎng)為了滿足計(jì)算彈道需

要而研制成的，這臺(tái)計(jì)算器使用了17840支電子管，大小為

80英尺X8英尺，重達(dá)28t（噸），功耗為170kW,其運(yùn)算速度

為每秒5000次的加法運(yùn)算，造價(jià)約為487000美元。ENIAC的

問(wèn)世具有劃時(shí)代的意義，表明電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。在以后

60多年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，沒(méi)有任何一門技

術(shù)的性能價(jià)格比能在30年內(nèi)增長(zhǎng)6個(gè)數(shù)量級(jí)。

第1代：電子管數(shù)字機(jī)（1946—1958年）

硬件方面，邏輯元件采用的是真空電子管，主存儲(chǔ)器采用汞延

遲線、陰極射線示波管靜電存儲(chǔ)器、磁鼓、磁芯；外存儲(chǔ)器采

用的是磁帶。軟件方面采用的是機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言。應(yīng)用領(lǐng)

域以軍事和科學(xué)計(jì)算為主。

缺點(diǎn)是體積大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般為每秒數(shù)千

次至數(shù)萬(wàn)次）、價(jià)格昂貴，但為以后的計(jì)算機(jī)發(fā)展奠定了基

礎(chǔ)。

第2代：晶體管數(shù)字機(jī)（1958—1964年）

軟件方面的操作系統(tǒng)、高級(jí)語(yǔ)言及其編譯程序應(yīng)用領(lǐng)域以科學(xué)

計(jì)算和事務(wù)處理為主，并開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。特點(diǎn)是體積

縮小、能耗降低、可靠性提高、運(yùn)算速度提高（一般為每秒數(shù)

10萬(wàn)次，可高達(dá)300萬(wàn)次）、性能比第1代計(jì)算機(jī)有很大的提

局O

第3代：集成電路數(shù)字機(jī)（1964—1970年）

硬件方面，邏輯元件采用中、小規(guī)模集成電路（MSI、SSI）,主

存儲(chǔ)器仍采用磁芯。軟件方面出現(xiàn)了分時(shí)操作系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)

化、規(guī)?；绦蛟O(shè)計(jì)方法。特點(diǎn)是速度更快（一般為每秒數(shù)百

萬(wàn)次至數(shù)千萬(wàn)次），而且可靠性有了顯著提高，價(jià)格進(jìn)一步下

降，產(chǎn)品走向了通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化等。應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)始進(jìn)

入文字處理和圖形圖像處理領(lǐng)域。

第4代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1970年至今）

硬件方面，邏輯元件采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（LSI和

VLSI）o軟件方面出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和面

向?qū)ο笳Z(yǔ)言等。1971年世界上第一臺(tái)微處理器在美國(guó)硅谷誕

生，開(kāi)創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。應(yīng)用領(lǐng)域從科學(xué)計(jì)算、事務(wù)

管理、過(guò)程控制逐步走向家庭。

由于集成技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的集成度更高，每塊芯片可

容納數(shù)萬(wàn)乃至數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管，并且可以把運(yùn)算器和控制器都

集中在一個(gè)芯片上、從而出現(xiàn)了微處理器，并且可以用微處理

器和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路組裝成微型計(jì)算機(jī)，就是我們

常說(shuō)的微電腦或PC機(jī)。微型計(jì)算機(jī)體積小，價(jià)格便宜，使用

方便，但它的功能和運(yùn)算速度已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了過(guò)去的大型

計(jì)算機(jī)。另一方面，利用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路制造的各

種邏輯芯片，已經(jīng)制成了體積并不很大，但運(yùn)算速度可達(dá)一億

甚至幾十億次的巨型計(jì)算機(jī)。我國(guó)繼1983年研制成功每秒運(yùn)

算一億次的銀河I這型巨型機(jī)以后，又于1993年研制成功每

秒運(yùn)算十億次的銀河H型通用并行巨型計(jì)算機(jī)。這一時(shí)期還產(chǎn)

生了新一代的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件

等。

隨著物理元、器件的變化，不僅計(jì)算機(jī)主機(jī)經(jīng)歷了更新?lián)Q代，

它的外部設(shè)備也在不斷地變革。比如外存儲(chǔ)器，由最初的陰極

射線顯示管發(fā)展到磁芯、磁鼓，以后又發(fā)展為通用的磁盤，現(xiàn)

又出現(xiàn)了體積更小、容量更大、速度更快的只讀光盤(CD—

ROM)o

二.主要特點(diǎn)

運(yùn)算速度快：計(jì)算機(jī)內(nèi)部電路組成，可以高速準(zhǔn)確地完成各種

算術(shù)運(yùn)算。當(dāng)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算速度已達(dá)到每秒萬(wàn)億次，微

機(jī)也可達(dá)每秒億次以上，使大量復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算問(wèn)題得以解

決。例如：衛(wèi)星軌道的計(jì)算、大型水壩的計(jì)算、24小時(shí)天氣

算需要幾年甚至幾十年，而在現(xiàn)代社會(huì)里，用計(jì)算機(jī)只需幾分

鐘就可完成。

計(jì)算精確度高：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，

需要高度精確的計(jì)算。計(jì)算機(jī)控制的導(dǎo)彈之所以能準(zhǔn)確地?fù)糁?/p>

預(yù)定的目標(biāo)，是與計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算分不開(kāi)的。一般計(jì)算機(jī)可

以有十幾位甚至幾十位(二進(jìn)制)有效數(shù)字，計(jì)算精度可由千分

之幾到百萬(wàn)分之幾，是任何計(jì)算工具所望塵莫及的。

邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)：計(jì)算機(jī)不僅能進(jìn)行精確計(jì)算，還具有邏輯運(yùn)

算功能，能對(duì)信息進(jìn)行比較和判斷。計(jì)算機(jī)能把參加運(yùn)算的數(shù)

據(jù)、程序以及中間結(jié)果和最后結(jié)果保存起來(lái)，并能根據(jù)判斷的

結(jié)果自動(dòng)執(zhí)行下一條指令以供用戶隨時(shí)調(diào)用。

存儲(chǔ)容量大：計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器具有記憶特性，可以存儲(chǔ)大

量的信息，這些信息，不僅包括各類數(shù)據(jù)信息，還包括加工這

些數(shù)據(jù)的程序。

自動(dòng)化程度高：由于計(jì)算機(jī)具有存儲(chǔ)記憶能力和邏輯判斷能

力，所以人們可以將預(yù)先編好的程序組納入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，在程

序控制下，計(jì)算機(jī)可以連續(xù)、自動(dòng)地工作，不需要人的干預(yù)。

性價(jià)比高：幾乎每家每戶都會(huì)有電腦，越來(lái)越普遍化、大眾

化，21世紀(jì)電腦必將成為每家每戶不可缺少的電器之一。計(jì)

算機(jī)發(fā)展很迅速，有臺(tái)式的還有筆記本。

三.主要分類

超級(jí)計(jì)算機(jī)

通常是指由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器（機(jī)）組成的、能計(jì)算普

通PC機(jī)和服務(wù)器不能完成的大型復(fù)雜課題的計(jì)算機(jī)。超級(jí)計(jì)

算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大的一

類計(jì)算機(jī)，是國(guó)家科技發(fā)展水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。超級(jí)

計(jì)算機(jī)擁有最強(qiáng)的并行計(jì)算能力，主要用于科學(xué)計(jì)算。在氣

象、軍事、能源、航天、探礦等領(lǐng)域承擔(dān)大規(guī)模、高速度的計(jì)

算任務(wù)。在結(jié)構(gòu)上，雖然超級(jí)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器都可能是多處理

器系統(tǒng)，二者并無(wú)實(shí)質(zhì)區(qū)別，但是現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算機(jī)較多采用集

群系統(tǒng)，更注重浮點(diǎn)運(yùn)算的性能，可看著是一種專注于科學(xué)計(jì)

算的高性能服務(wù)器，而且價(jià)格非常昂貴。

網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

1、服務(wù)器

專指某些高性能計(jì)算機(jī)，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外提供服務(wù)。相對(duì)于

普通電腦來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性、安全性、性能等方面都要求更高，因

此在CPU、芯片組、內(nèi)存、磁盤系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等硬件和普通電腦

有所不同。服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)、處理網(wǎng)絡(luò)上80%的數(shù)

據(jù)、信息，在網(wǎng)絡(luò)中起到舉足輕重的作用。它們是為客戶端計(jì)

算機(jī)提供各種服務(wù)的高性能的計(jì)算機(jī)，其高性能主要表高速度

的運(yùn)算能力、長(zhǎng)時(shí)間的可靠運(yùn)行、強(qiáng)大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力等

方面。服務(wù)器的構(gòu)成與普通電腦類似，也有處理器、硬盤、內(nèi)

存、系統(tǒng)總線等，但因?yàn)樗轻槍?duì)具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特別制定

的，因而服務(wù)器與微機(jī)在處理能力、穩(wěn)定性、可靠性、安全

性、可擴(kuò)展性、可管理性等方面存在差異很大。服務(wù)器主要有

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（DNS、DHCP）、打印服務(wù)器、終端服務(wù)器、磁盤服

務(wù)器、郵件服務(wù)器、文件服務(wù)器等。

2、工作站

是一種以個(gè)人計(jì)算機(jī)和分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算為基礎(chǔ)，主要面向?qū)I(yè)

應(yīng)用領(lǐng)域，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算與圖形、圖像處理能力，為滿

足工程設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作、科學(xué)研究、軟件開(kāi)發(fā)、金融管理、信

息服務(wù)、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的高性能計(jì)算機(jī)。工

作站最突出的特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的圖形交換能力，因此在圖形圖

像領(lǐng)域特別是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了迅速應(yīng)用。典型產(chǎn)品

有美國(guó)Sun公司的Sun系列工作站。

無(wú)盤工作站是指無(wú)軟盤、無(wú)硬盤、無(wú)光驅(qū)連入局域網(wǎng)的計(jì)算

機(jī)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，把工作站端使用的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被

全部放在服務(wù)器上，系統(tǒng)管理員只要完成服務(wù)器上的管理和維

護(hù)，軟件的升級(jí)和安裝也只需要配置一次后，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的

所有計(jì)算機(jī)就都可以使用新軟件。所以無(wú)盤工作站具有節(jié)省費(fèi)

用、系統(tǒng)的安全性高、易管理性和易維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)

管理員來(lái)說(shuō)具有很大的吸引力。

無(wú)盤工作站的工作原理是由網(wǎng)卡的啟動(dòng)芯片(BootROM)以不同

的形式向服務(wù)器發(fā)出啟動(dòng)請(qǐng)求號(hào)，服務(wù)器收到后，根據(jù)不同的

機(jī)制，向工作站發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，工作站下載完啟動(dòng)數(shù)據(jù)后，系

統(tǒng)控制權(quán)由BootROM轉(zhuǎn)到內(nèi)存中的某些特定區(qū)域，并引導(dǎo)操

作系統(tǒng)。

根據(jù)不同的啟動(dòng)機(jī)制，比較常用無(wú)盤工作站可分為RPL和

PXEoRPL為RemoteInitialProgramLoad的縮寫，此技術(shù)

常用于Windows95中。PXE是RPL的升級(jí)品，它是Preboot

ExecutionEnvironment的縮寫。兩者不同之處在于RPL是靜

態(tài)路由，而PXE是動(dòng)態(tài)路由，其通信協(xié)議采用TCP/IP,實(shí)現(xiàn)

了與Internet連接高效而可靠，它常用于Windows98、

WindowsNT、Windows2000.WindowsXP中。

3、集線器

集線器(HUB)是一種共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它的作用可以簡(jiǎn)單

的理解為將一些機(jī)器連接起來(lái)組成一個(gè)局域網(wǎng)，HUB本身不能

識(shí)別目的地址。集線器上的所有端口爭(zhēng)用一個(gè)共享信道的寬

帶，因此隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)傳輸量的增大，每節(jié)

點(diǎn)的可用帶寬將隨之減少。另外，集線器采用廣播的形式傳輸

數(shù)據(jù)，即向所有端口傳送數(shù)據(jù)。如當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機(jī)

給B主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以

廣播方式傳輸?shù)?，?duì)網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送同一信息，然后

再由每一臺(tái)終端通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來(lái)確定是否接

收。其實(shí)接收數(shù)據(jù)的一般來(lái)說(shuō)只有一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，而對(duì)所有節(jié)

點(diǎn)都發(fā)送，在這種方式下，很容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，而且絕大部

分?jǐn)?shù)據(jù)流量是無(wú)效的，這樣就造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率相當(dāng)

低。另一方面由于所發(fā)送的數(shù)據(jù)包每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能偵聽(tīng)到，容易

給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一些不安全隱患。

4、交換機(jī)

交換機(jī)(Switch)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)

備自動(dòng)完成的方法把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上

的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交

換功能的設(shè)備，它是集線器的升級(jí)換代產(chǎn)品，外觀上與集線器

非常相似，其作用與集線器大體相同。但是兩者在性能上有區(qū)

別：集線器采用的是共享帶寬的工作方式，而交換機(jī)采用的是

獨(dú)享帶寬方式°即交換機(jī)上的所有端口均有獨(dú)享的信道帶寬，

以保證每個(gè)端口上數(shù)據(jù)的快速有效傳輸，交換機(jī)為用戶提供的

是獨(dú)占的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)包只被發(fā)送到目的端口，而不

會(huì)向所有端口發(fā)送，其它節(jié)點(diǎn)很難偵聽(tīng)到所發(fā)送的信息，這樣

在機(jī)器很多或數(shù)據(jù)量很大時(shí)，不容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，也確保了

數(shù)據(jù)傳輸安全，同時(shí)大大的提高了傳輸效率，兩者的差別就比

較明顯了。

5、路由器

路由器(Router)是一種負(fù)責(zé)尋徑的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中

從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網(wǎng)絡(luò)路徑提供給用戶通

信。路由器用于連接多個(gè)邏輯上分開(kāi)的網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供最佳

的通信路徑，路由器利用路由表為數(shù)據(jù)傳輸選擇路徑，路由表

包含網(wǎng)絡(luò)地址以及各地址之間距離的清單，路由器利用路由表

查找數(shù)據(jù)包從當(dāng)前位置到目的地址的正確路徑，路由器使用最

少時(shí)間算法或最優(yōu)路徑算法來(lái)調(diào)整信息傳遞的路徑。路由器是

產(chǎn)生于交換機(jī)之后，就像交換機(jī)產(chǎn)生于集線器之后，所以路由

器與交換機(jī)也有一定聯(lián)系，并不是完全獨(dú)立的兩種設(shè)備。路由

器主要克服了交換機(jī)不能向路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的不足。

交換機(jī)、路由器是一臺(tái)特殊的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，它的硬件基礎(chǔ)

CPU、存儲(chǔ)器和接口，軟件基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)操作系統(tǒng)I0S。

交換機(jī)、路由器和PC機(jī)一樣，有中央處理單元CPU,而且不

同的交換機(jī)、路由器，其CPU一般也不相同，CPU是交換機(jī)、

路由器的處理中心。

內(nèi)存是交換機(jī)、路由器存儲(chǔ)信息和數(shù)據(jù)的地方，CISCO交換

機(jī)、路由器有以下幾種內(nèi)存組件：

ROM(RoadOnlyMemory)存儲(chǔ)交換機(jī)、路由器加電自檢(POST：

Power-OnSelf-Test)>啟動(dòng)程序(BootstrapProgram)和部分

或全部的IOSQ交換機(jī)、路由器中的ROM是可擦寫的，所以

I0S是可以升級(jí)的。

RAM(RandomAccessMemory)與PC機(jī)上的隨機(jī)存儲(chǔ)器相似,提

供臨時(shí)信息的存儲(chǔ)，同時(shí)保存著當(dāng)前的路由表