计算机发展的四个阶段
计算机发展的四个阶段
世界上第一台电子数字式计算机于1946年2月15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(π)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。猜谜语
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。
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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(1946~1957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(1958~1970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(1963~1970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。
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张碧晨下载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20~50μs，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Intel8080/8085、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1~2μs)，指令系统比较完善，具有
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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8086/8088、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(20000~70000晶体管/片)和运算速度(基本指令执行时间是0.5μs)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80386/80486，Motorola公司的M68030/68040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80386/80486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PentiumⅣ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PentiumⅣ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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