计算机科学发展史_中华文本库
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计算机科学发展史
以科学技术为标志，人类历史上发生了三次产业革命。蒸汽机的发明标志着第一次产业革命的兴起：电的发现与应用掀起了第二次产业革命的浪潮；数字电子计算机的诞生则拉开了第三次产业革命的序幕。
那么，第一台数字电子计算机是怎样问世的呢？让我们从第二次世界大战说起。
1939年9月，德国纳粹党头目、盗世奸雄希特勒悍然发动了对临国波兰的侵略战争。此后不到一年的时间，纳粹分子利用强大的军事机器先后占领了波兰、挪威、丹麦、荷兰、比利时、法国。整个西欧只有英国尚在浴血奋战。1941年3月，日本军国主义者在疯狂侵略亚洲邻国的同时，处心积虑地策划了对美国海军基地珍珠港的空袭事件。迫使美国对日宣战。从此，第二次世界大战全面爆发。
说起战争不能不说到武器。战争中，枪炮的杀伤力主要由其射程、精度和爆炸威力决定。军工厂试制出来的大地要进行多次试射；通过复杂的运算测定、校正其弹着点误差在允许范围并形成弹道表后，才可交付使用。这样，枪炮弹道计算的重要性就不言而喻了。一张正规的弹道表包括气温、气压、风速、风向以及火炮的类型、炸药量、引信种类等3000多个参数。一发炮弹从发射介空到落地，只用1分多钟。就单个参数而言，以1分钟的炮弹飞行时间为例，一个熟练的计算人员使用当时最先进的大型微分分析仪计算，也需要大约20分钟的时间才能算出来。
当时美国陆军军械部每天要向前线提供6张弹道表，计算任务十分繁重。负责这项工作的是军械部弹道实验室的上尉、青年数学家赫尔曼·哥德斯坦
（Hermam H.Goldstine）。哥德斯坦从陆军抽调了100多位姑娘使用微分仪每日进行紧张地计算。协助他一同负责弹道计算工作的还有来自摩尔学院的两位专家。一位是36岁的物理学教授约翰·莫齐利（John Mauchly），另一位是从摩尔学院刚毕业的研究生，24岁的电器工程师布雷斯帕·埃克特（Presper Eckert）。 由于弹道计算工作一直不能满足前方的需要，哥德斯坦已经接到指令，要设法尽快改变这种状况。
怎样加快弹道表的计算工作呢？哥德斯坦心急如焚。于是他请莫齐利和埃克特一块儿想想办法。莫齐利在从事分子物理研究时，就曾被大量的计算槁得头昏脑胀。所以，他一直想研制一种新型的高速计算工具。只是苦干不能筹来巨额研制经费，始终未能具体实施。事实上，随着电子技术、数理逻辑、运筹学、控制论、信息论等科学技术的发展，当时制造电子计算机的技术条件已经基本成熟。听了哥德斯坦的话，莫齐利把研制高速计算装置的想法告诉了埃克特。莫齐利长于计算机理论，埃克特专干电子技术。对莫齐利的每一种总体构思，埃克特总能从电路上使之具体化。于是，两人经过几番讨论，向哥德斯坦提交了一份“高速电子管计算装置”的设计草案。仔细看过这份设计方案后，哥德斯坦心中无比振奋：如果能研制出这样的高速计算装置，那么弹道计算的效率将会提高成百上千倍！于是，尽管预算费用高得惊人，哥德斯坦仍决计要向军械部争取这笔费用。日，美国陆军军械部召集了一次非同寻常的会议，讨论哥德斯坦等人提交的关于研制“高速计算装置”的报告。坐在主席台位置的西蒙 (L．Simon）上校一言不发。美国数学泰斗、普林斯顿高等研究院的教授韦伯伦(O．Veblen）也出席了这次会议，他正在埋头阅读那份报告。哥德斯坦站起来， 继续说服着西蒙上校；“据说海军己经把希望寄托在马克1号计算机上。我们设想的机器，是一种更新式的电子计算机，它将比马克1号的运算速度高出几个数量级,,,,”。西蒙上校用眼神示意哥德斯坦，最终要看韦伯伦教授的意见。作为军械部的科学顾问，韦伯伦深知自己说话的责任重大。他聚精会神地读完报告，想着投入巨额研制费用的风险，往椅背一靠，闭目沉思起来。目睹韦伯伦凝重的表情，大家随之都沉默不语了。忽然，只见韦伯伦教授猛
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　　摘要：计算机科学技术已经成为了现代人们生活中的重要组成部分，而且他在现代人生活占据了越来越重要的位置，计算机的出现及发展改变了人类活动的方方面面，影响了人们的生活方式和思想理念，提升了人类的生活水平，从而推动了人类文明的进步。本文概述了计算机科学技术的发展现状，分析前景。
　　关键词：计算机科学技术；现状；网络；前景
　　计算机网络是二十世纪60 年代起源于美国，原本用于军事通讯，后逐渐进入民用，经过短短50 年不断的发展和完善，现已广泛应用于各个领域，并正以高速向前迈进。计算机科学技术在最近的几十年发展突飞猛进，是在众多行业中发展最快的高新领域之一，上世纪九十年代的人还难以预料今天计算机会如此强大，而今天的我们所预见的未来的计算机又将有几分准确性呢。不管未来的计算机是什么样的，根据现在的研究以及人们的需要来看，未来的计算机科学只会是朝着多元化方向发展，它已经成为一个国家综合实力的重要体现。
　　一、计算机科学与技术的现状分析
　　20 年前，在我国很少有人接触过网络。现在，计算机通信网络以及Internet 已成为我们社会结构的一个基本组成部分。网络被应用于工商业的各个方面，包括电子银行、电子商务、现代化的企业管理、信息服务业等都以计算机网络系统为基础。从学校远程教育到政府日常办公乃至现在的电子社区，很多方面都离不开网络技术。可以不夸张地说，网络在当今世界无处不在。而随着人们物质生活水平的提高，人们对计算机性能的要求也越来越高，这也反过来激励着计算机科学与技术的不断发展和完善，而目前计算机科学与技术的发展现状中各个方面还有待提高，总结为以下几点：
　　1、技术需要更新换代
　　计算机科学与技术领域是一个需要不断创新的领域，计算机的软硬件在实际操作运用中遇到很多问题，需要技术的不断更新。旧的计算机科学与技术已经不能满足社会对计算机应用的要求，只有新的计算机技术被应用于实际中，才能更好的发挥计算机的性能，计算机才有更实用的操作，计算机的硬件方面也需要进一步的更新换代，才能更好的为计算机功能服务。计算机的软件系统，虽然也在做这观念上的技术更新，但是离人们的实际需求还是有距离的。
　　2、多领域的渗入
　　计算机科学与技术的不断完善，让计算机进入到越来越多的领域，计算机所涉及到的科学运算、过程检测与控制，数据处理、计算机辅助系统等功能，让计算机所涉及的领域逐渐增多。计算机科学技术的加入，使得社会工作方式、生产方式发生了巨大的变化，加快人们的工作、学习效率，减少了人力物力，提高了社会运转效率。
　　3、技术人才的增多
　　计算机科学技术的发展离不开技术人才的努力，由于社会的各个领域几乎都涉及到计算机科学与技术，社会对这方面的人才的需求也逐步增大，使得社会加大对计算机教育的投入，让更多的人具有这方面的能力，从而更好的参与到社会实践中，更好的把计算机的功能服务于社会。
　　二、计算机科学与技术的发展前景
　　计算机科学的发展是迅猛的，是不断结合时代精神的，也在不断创新着新的观念和方式，未来将是一个网络无处不在的世界，任何东西都可以进行网络互联，我们可以在我们能够达到的任何地方对我们想要了解的任何东西进行搜索和远程控制。这是一个总体的宏伟设想。
　　未来网络通信的带宽将会是我们现在想象不到的，未来上网应该是不受时间、带宽等限制的。我们可以随心所欲，但不能为所欲为，那时候的控制机制应该更合理，更强大。反正就是以我们现在的思维无法想象的到的。
　　我认为未来计算机科学技术发展的主要方向应该是向着以下几个方向发展：
　　网络无处不在，任何东西都要连入互联网，那时估计也没有太多的网络终端，只需要几种集成的网络终端即可，将各种功能集成到同一台网络终端上面，我们可以随时随地的无限制的接入互联网。各种更方便，更可靠的服务也会应运而生。无线上网的带宽会逐渐上去的，今年是第四代网络（4G）开始高速发展的第一年，以后还会有5G...NG。思维无法想象的到！
　　物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的&Internet of Things&。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行&交流&，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。
　　&物联网&概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在&物联网&时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。
　　物联网不是科技狂想，而是又一场科技革命。
　　物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃，这些新的功能将给使用者带来进一步的效率、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。物联网需要信息高速公路的建立，移动互联网的高速发展以及固话宽带的普及是物联网海量信息传输交互的基础。依靠网络技术，物联网将生产要素和供应链进行深度重组，成为信息化带动工业化的现实载体。据业内人士估计，中国物联网产业链今年就能创造1000亿元左右的产值，它已经成为后3G时代最大的市场兴奋点。
　　有业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，加拿大、英国、德国、芬兰、意大利、日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网。同时，有专家认为，物联网架构建立需要明确产业链的利益关系，建立新的商业模式，而在新的产业链推动矩阵中，核心则是明确电信运营商的龙头地位。
　　总之，网络在今后社会的发展过程中不再仅仅是一个工具，也不再是一个遥不可及仅供少数人使用的技术专利，它将成为一种文化、一种生活融入到社会的各个领域。
　　三、计算机科学技术的安全问题
　　计算机网络飞速发展的同时，安全问题不容忽视。
　　在理论上，网络安全是建立在密码学以及网络安全协议的基础上的。密码学是网络安全的核心，利用密码技术对信息进行加密传输、加密存储、数据完整性鉴别、用户身份鉴别等，比传统意义上简单的存取控制和授权等技术更可靠。加密算法是一些公式和法则，它规定了明文和密文之间的变换方法。由于加密算法的公开化和解密技术的发展，加上发达国家对关键加密算法的出口限制，各个国家正不断致力于开发和设计新的加密算法和加密机制。
　　从技术上，网络安全取决于两个方面：网络设备的硬件和软件。网络安全则由网络设备的软件和硬件互相配合来实现的。但是，由于网络安全作为网络对其上的信息提供的一种增值服务，人们往往发现软件的处理速度成为网络的瓶颈，因此，将网络安全的密码算法和安全协议用硬件实现，实现线速的安全处理仍然将是网络安全发展的一个主要方向。
　　在安全技术不断发展的同时，全面加强安全技术的应用也是网络安全发展的一个重要内容。因为即使有了网络安全的理论基础，没有对网络安全的深刻认识、没有广泛地将它应用于网络中，那么谈再多的网络安全也是无用的。同时，网络安全不仅仅是防火墙，也不是防病毒、入侵监测、防火墙、身份认证、加密等产品的简单堆砌，而是包括从系统到应用、从设备到服务的比较完整的、体系性的安全系列产品的有机结合。
　　参考文献：
　　[1]张洁，未来计算机与计算机技术发展展望[J].广东科技，2006（10）.
　　[2]杨晔，未来计算机的发展趋势展望[J].黑龙江科技信息，2007（07）.
　　[3]孙凤宏，探索未来计算机技术发展与应用[J].青海统计，2007（11）.
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互联网时代已经到来了，小编推荐你不可不知的计算机发展历史的四个阶段，让你更加了解计算机。
世界上第一台电子数字式计算机于日在美国宾夕法尼亚大学研制成功，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)，是电子数值积分式计算机(The Electronic Numberical Intergrator and Computer)的缩写。它使用了17468个真空电子管，耗电174千瓦，占地170平方米，重达30吨，每秒钟可进行5000次加法运算。虽然它还比不上今天最普通的一台微型计算机，但在当时它已是运算速度的绝对冠军，并且其运算的精确度和准确度也是史无前例的。以圆周率( )的计算为例，中国的古代科学家祖冲之利用算筹，耗费15年心血，才把圆周率计算到小数点后7位数。一千多年后，英国人香克斯以毕生精力计算圆周率，才计算到小数点后707位。而使用ENIAC进行计算，仅用了40秒就达到了这个记录，还发现香克斯的计算中，第528位是错误的。
ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，在计算机发展史上具有划时代的意义,它的问世标志着电子计算机时代的到来。 ENIAC诞生后，数学家冯 诺依曼提出了重大的改进理论，主要有两点：其一是电子计算机应该以二进制为运算基础，其二是电子计算机应采用 存储程序 方式工作，并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。冯 诺依曼的这些理论的提出，解决了计算机的运算自动化的问题和速度配合问题，对后来计算机的发展起到了决定性的作用。直至今天，绝大部分的计算机还是采用冯 诺依曼方式工作。
ENIAC诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进。主要电子器件相继使用了真空电子管，晶体管，中、小规模集成电路和大规模、超大规模集成电路，引起计算机的几次更新换代。每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。特别是体积小、价格低、功能强的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了办公室和家庭，在办公室自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。目前，计算机的应用已扩展到社会的各个领域。可将计算机的发展过程分成以下几个阶段：
第一代(年)是电子计算机，它的基本电子元件是电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次~几万次基本运算，内存容量仅几千个字。因此，第一代计算机体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便;主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。软件上采用机器语言，后期采用汇编语言。
第二代(年)是晶体管计算机。1948年，美国贝尔实验室发明了晶体管，10年后晶体管取代了计算机中的电子管，诞生了晶体管计算机。晶体管计算机的基本电子元件是晶体管，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高。软件上广泛采用高级语言，并出现了早期的操作系统。
第三代(年)是集成电路计算机。随着半导体技术的发展，1958年夏，美国德克萨斯公司制成了第一个半导体集成电路。集成电路是在几平方毫米的基片，集中了几十个或上百个电子元件组成的逻辑电路。第三代集成电路计算机的基本电子元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。软件上广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络。
第四代(1971年~日前)是大规模集成电路计算机。随着集成了上千甚至上万个电子元件的大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，电子计算机发展进入了第四代。第四代计算机的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。另外，网络操作系统、数据库管理系统得到广泛应用。微处理器和微型计算机也在这一阶段诞生并获得飞速发展。
微型计算机的发展
微型计算机的发展主要表现在其核心部件 微处理器的发展上，每当一款新型的微处理器出现时，就会带动微机系统的其它部件的相应发展，如微机体系结构的进一步优化，存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高，外围设备性能的不断改进以及新设备的不断出现等。
根据微处理器的字长和功能，可将微型计算机的功能划分为以下几个阶段：
第一阶段( 1971 ～ 1973 年)是 4 位和 8 位低档微处理器时代。通常称为第一代，其典型产品是 Intel4004 和 Intel8008 微处理器和分别由它们组成的 MCS-4 和 MCS-8 微机。基本特点是采用 PMOS 工艺，集成度低( ￡ 4000 个晶体管 / 片)，系统结构和指令系统都比较简单，主要采用机器语言或简单的汇编语言，指令数目较少( 20 多条指令)，基本指令周期为 20 ～ 50 s ，用于家电和简单的控制场合。
第二阶段( 1974 ～ 1977 年)是 8 位中高档微处理器时代。通常称为第二代，其典型产品是 Intel 、 Motorola 公司的 MC6800 、 Zilog 公司的 Z80 等，以及各种 8 位单片机，如 Intel 公司的 8048 、 Motorola 公司的 MC6801 、 Zilog 公司的 Z8 等。它们的特点是采用 NMOS 工艺，集成度提高约 4 倍，运算速度提高约 10~15 倍(基本指令执行时间 1 ～ 2 s )，指令系统比较完善，具有典型的计算机体系结构和中断、 DMA 等控制功能。软件方面除了汇编语言外，还有 BASIC 、 FORTRAN 等高级语言和相应的解释程序和编译程序，在后期还出现了操作系统，如 CM/P 就是当时流行的操作系统。
第三阶段( 1978 ～ 1984 年)是 16 微处理器时代。通常称为第三代，其典型产品是 Intel 公司的
、 80286 ， Motorola 公司的 M68000 ， Zilog 公司的 Z8000 等微处理器。其特点是采用 HMOS 工艺，集成度(
晶体管 / 片)和运算速度(基本指令执行时间是 0.5 s )都比第二代提高了一个数量级。指令系统更加丰富、完善，采用多级中断、多种寻址方式、段式存储机构、硬件乘除部件，并配置了软件系统。
这一时期的著名微机产品有 IBM 公司的个人计算机 PC ( Personal Computer )。 1981 年推出的 IBM PC 机采用 8088 CPU 。紧接着 1982 年又推出了扩展型的个人计算机 IBM PC/XT ，它对内存进行了扩充，并增加了一个硬磁盘驱动器。 1984 年 IBM 推出了以 80286 处理器为核心组成的 16 位增强型个人计算机 IBM PC/AT 。由于 IBM 公司在发展 PC 机时采用了技术开放的策略，使 PC 机风靡世界。
第四阶段( 1985 ～ 1992 年)是 32 位微处理器时代，又称为第四代。其典型产品是 Intel 公司的
， Motorola 公司的 M 等。其特点是采用 HMOS 或 CMOS 工艺，集成度高达 100 万晶体管 / 片，具有 32 位地址线和 32 位数据总线。每秒钟可完成 600 万条指令( MIPS ， Million Instructions Per Second )。微机的功能已经达到甚至超过超级小型计算机，完全可以胜任多任务、多用户的作业。同期，其他一些微处理器生产厂商(如 AMD 、 TEXAS 等)也推出了
系列的芯片。
第五阶段( 1993 年以后)是奔腾( Pentium )系列微处理器时代，通常称为第五代。典型产品是 Intel 公司的奔腾系列芯片及与之兼容的 AMD 的 K6 系列微处理器芯片。内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着 MMX ( Multi Media eXtended )微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶。 2000 年 3 月， AMD 与 Intel 分别推出了时钟频率达 1GHz 的 Athlon 和 Pentium III 。 2000 年 11 月， Intel 又推出了 Pentium Ⅳ微处理器，集成度高达每片 4200 万个晶体管，主频 1.5GHz ， 400MHz 的前端总线，使用全新 SSE 2 指令集。 2002 年 11 月， Intel 推出的 Pentium Ⅳ微处理器的时钟频率达到 3.06GHz ，而且微处理器还在不断地发展，性能也在不断提升。
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