一、计算机的诞生

（一）诞生背景与团队

计算机诞生于二战后，军事科学技术对高速计算工具的需求尤为迫切。在这样的背景下，美国宾夕法尼亚大学的 “莫尔小组” 承担起了研发计算机的重任。“莫尔小组” 由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成。他们凭借着卓越的智慧和创新精神，为计算机的诞生奠定了坚实的基础。世界上第一台电子计算机 “埃尼阿克” 占地面积达 170 平方米，总重量 30 多吨，耗电量高达 150KW。这样庞大的体积和高耗电量在今天看来似乎不可思议，但在当时却代表了科技的巨大进步。“埃尼阿克” 每秒能完成 5000 次加法运算，400 次乘法运算，比当时最快的计算工具快 300 倍，是继电器计算机的 1000 倍、手工计算的 20 万倍。虽然用今天的标准看，它显得 “笨拙” 和 “低级”，功能远不如一只掌上可编程计算器，但在那个时代，它的诞生标志着人类进入了一个崭新的信息革命时代。它使科学家们从复杂的计算中解脱出来，为科学研究和军事应用等领域带来了前所未有的变革。

二、计算机的发展历程

（一）电子管计算机时代

电子管计算机诞生于 1946 - 1957 年，这一阶段计算机主要特征是采用电子管元件作基本器件，用光屏管或汞延时电路作存储器，输入与输出主要采用穿孔卡片或纸带。其体积大，耗电量大，速度慢，存储容量小，可靠性差，维护困难且价格昂贵。在软件上，通常使用机器语言或者汇编语言，主要用于科学计算。例如世界上第一台电子计算机 “埃尼阿克” 就是电子管计算机，它占地 170 平方米，重量达 30 多吨，耗电 150KW，每秒能完成 5000 次加法运算，400 次乘法运算。

（二）晶体管计算机时代

20 世纪 50 年代中期，晶体管的出现使计算机生产技术得到了根本性的发展。晶体管计算机时代为 1957 - 1964 年，以晶体管代替电子管作为计算机的基础器件，用磁芯或磁鼓作存储器。与电子管计算机相比，晶体管计算机体积小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低。同时程序语言也相应出现了，如 Fortran，Cobol，Algo160 等计算机高级语言。晶体管计算机被用于科学计算的同时，也开始在数据处理、过程控制方面得到应用。例如 1957 年，美国制成全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。晶体管比电子管功耗小、体积小、重量轻、工作电压低、工作可靠性好。用晶体管取代电子管，使计算机体积大为缩小，计算机的运算速度提高到每秒几十万次，比第一代电子管计算机提高了近百倍。

（三）中小规模集成电路计算机时代

始于 1964 至 1971 年，计算机开始采用中小规模集成电路作为主要元件。这一代计算机的主要特征有：用中小规模集成电路作为计算机电子器件，同时主存储器开始采用半导体存诸器，外存储器有磁盘和磁带。这一时期产生了标准化程序设计语言和人机会话式的 BASIC 语言，操作系统的出现并逐步完善。与前两代相比，计算机的体积和功耗进一步减小，可靠性和运算速度进一步提高，不仅用于科学计算，还用于企业管理、自动控制、辅助设计和辅助制造等领域。例如 IBM360 系统就是最早采用集成电路进行运算的计算机，其平均速度可以达到百万次。

（四）大规模集成电路计算机时代

1971 年至今，计算机进入大规模和超大规模集成电路计算机时代。这一时期的计算机体积进一步缩小，性能进一步提高，出现了精简指令集计算机 —— 微型计算机。其在社会上的应用范围进一步扩大，几乎所有领域都能看到计算机的 “身影”。采用大规模的集成电路作为基础部件，发展方向转向存储容量和高速度，加上生产效率不断提高，价格也逐渐下降。软件也出现了与硬件相结合的趋势，半导体存储的出现更是大大取代了芯片存储。例如我国在这一时期研制出了运算速度超千万亿次的超级计算机 “天河一号” 等。

三、计算机发展的关键人物

（一）冯诺依曼

约翰・冯・诺依曼是一位在计算机科学领域具有重大影响力的科学家。他提出了 “存储程序” 思想，即程序和数据都可以存储在计算机的存储器中，使得计算机可以自动执行程序。这一思想奠定了现代计算机的理论基础。此外，冯诺依曼还提出了二进制原理，将计算机的运算基础建立在二进制系统上。他参与了美国第一台通用电子数字计算机 ——ENIAC 的设计工作，并提出了 EDVAC 方案，其中包含了计算机的三大设计思想。冯诺依曼体系结构至今仍是计算机科学的核心理论之一，对计算机的发展产生了深远的影响。

（二）图灵

艾伦・图灵被誉为 “计算机科学之父”。他提出了图灵机设想，这是一种抽象计算模型，被认为是现代计算机的理论基础。图灵机由一个无限长的纸带、一个读写头、一套控制规则和一个状态寄存器组成，可以实现各种复杂的计算任务。图灵还提出了著名的图灵测试，用于判断一台机器是否具有智能。这个测试至今仍被认为是衡量人工智能水平的一个重要标准。在二战期间，图灵为盟军从事密码破译工作，发挥了关键作用。他的理论工作不仅对密码学产生了重大影响，还为现代计算机科学奠定了基础。

四、未来计算机发展趋势

（一）巨型化

巨型化意味着计算机的运算速度将不断提高，存储容量将持续增大，功能也会更加强大。目前正在开发中的巨型计算机的计算速度预计将达到每秒 100 亿次以上。巨型计算机主要应用于天文、气象、地质和核反应、航天飞机、卫星轨道计算等尖端科学技术领域和军事国防系统的研究开发。例如，在气象领域，巨型计算机可以对复杂的气象模型进行快速运算，从而更准确地预测天气变化，为人们的生产生活提供重要的参考依据。发展巨型计算机集中体现了计算机科学技术的发展水平，推动了计算机系统结构、硬件和软件的理论和技术、计算数学以及计算机应用等多个科学分支的发展。我国自行研制的巨型机 “银河三号” 已达到每秒百亿次的水平，而曙光 2000 二型超级计算机其尖峰运算数值已达千亿次，这充分展示了我国在巨型计算机领域的强大实力。

（二）网络化

计算机网络化彻底改变了人类的沟通方式和资源共享模式。人们通过互联网进行沟通交流，如使用 QQ、微博等社交软件；教育资源得以共享，包括文献查阅、远程教育等；信息查阅也更加便捷，如通过百度、谷歌等搜索引擎。特别是无线网络的出现，极大地提高了人们使用网络的便捷性。未来，计算机网络化的覆盖面将会越来越广，无论是在城市还是偏远地区，人们都能随时随地接入网络，享受网络带来的便利。例如，在现代企业管理中，银行系统、商业系统、交通运输系统等都离不开计算机网络的支持，计算机网络提高了这些系统的运行效率和管理水平。

（三）人工智能化

计算机人工智能化是未来发展的必然趋势。目前，人工智能系统已经具备了一定的自主学习和适应能力，可以根据不断增加的数据进行自主分析，进而自主学习并调整自身的算法模型。例如，机器学习技术的广泛应用使得机器更加聪明，让机器具有自主学习、推理、解决问题的能力。未来，计算机将具有人类的逻辑思维判断能力，可以通过思考与人类沟通交流，抛弃以往依靠编码程序来运行计算机的方法，直接对计算机发出指令。在医疗领域，人工智能计算机可以辅助医生进行疾病诊断和治疗方案制定，提高医疗水平和效率。

（四）多媒体化

传统的计算机处理的信息主要是字符和数字，而未来计算机将能够处理图片、声音、影像等多种形式的多媒体信息。多媒体技术可以集图形、图像、音频、视频为一体，使信息处理的对象和内容更加接近真实世界。例如，在教育领域，多媒体计算机可以为学生提供更加生动、直观的教学内容，提高学生的学习兴趣和效果。在娱乐领域，多媒体计算机可以为用户提供高品质的音乐、电影、游戏等娱乐体验。

（五）微型化

随着微电子技术的进一步发展，计算机体积不断缩小。微型处理器的出现，使计算机成本降低，同时性能不断提升。计算机微型化的进程使得笔记本电脑、手持电脑、平板电脑等设备体积逐步微型化，为人们提供便捷的服务。例如，在商务领域，人们可以随时随地使用微型计算机进行办公，提高工作效率。在生活中，微型计算机也可以作为智能家居的控制中心，实现家庭设备的智能化管理。未来计算机不但会趋于巨型化，还会不断趋于微型化，体积将越来越小。