《人类科学技术史-407》电子计算机的发展

从第一台电子计算机产生到80年代，电子计算机的发展已经历了四代：电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路。第五代超大规模集成电路计算机的研制也取得了重大进展。

1944年夏，著名数学家冯.诺伊曼得知了莫尔小组的研究工作。当时他正在参加第一颗原子弹的研制。原子裂变反应过程的大量计算也是亟待解决的难题。因此冯.诺伊曼对电子计算机的研制甚感兴趣，立即投入到莫尔小组的工作中。他对E－NIAC设计方案的优缺点进行了深入的分析，于1945年初提出了通用电子计算机EDVAC的设计方案。1946年，在其他成员的协助下，他又对方案进行了修改。EDVAC设计方案最重要的思想是程序内贮。这为充分发挥电子元器件的高速度打开了通路，使全部运算成为真正的自动过程。

程序内贮的出现是电子计算机发展史上一个重要里程碑。EDVAC的另一项重大改进是采用了二进制。EDVAC的设计方案成为目前一切电子计算机的设计基础。这种类型的电子计算机通称为"冯.诺伊曼机"。他本人则因其杰出的贡献被西方学术界誉为"现代电子计算机之父"。但是，由于莫尔小组因发明权争执而解体，EDVAC的研制中途搁浅。英国剑桥大学数学系实验室的威尔克斯吸取了ED－VAC卓越的设计思想，于1949年制成了世界上第一台存贮程序电子计算机EDSAC。而EDVAC到1952年才制造出来。

1951年3月，由莫希利和艾克特(1919-　）组织了另一个电子控制公司，在EDVAC方案的基础上研制成了UNI－VAC-1型电子计算机。1953年，美国国际商用机器公司(IBM)按照冯.诺伊曼的建议，研制出IBM701机，并开始批量生产。1955年，又生产了IBM650小型机，成为第一代电子计算机应用最广的类型。

第一代电子计算机以电子管做基本器件。它体积大、能耗高、运算速度慢、存贮容量小、可靠性差。但它为以后电子计算机的发展奠定了基础。

50年代初，晶体管已大批量生产，进入实用阶段。这为电子计算机向第二代过渡创造了条件。最早采用分立的晶体管器件的计算机出现在50年代中期，当时只是供军用的小型机，如1955年，美国阿尔玛公司生产出装在"阿特拉斯"弹道导弹上的计算机；1956年，贝尔实验室为美国空军提供了有5000个晶体管的小型机。1959年，美国的菲尔克公司研制成第一台大型通用晶体管计算机，标志着电子计算机发展到了第二阶段。此后不久，原联邦德国、日本、美国、法国、意大利、原苏联等国，也都生产出了晶体管计算机。

第二代计算机实现了多道程序的并行处理，在系统结构方面取得重大进展，提高了计算机的性能，并为更有效地使用计算机的分时工作方式，为多处理机系统和多机系统的发展开辟了道路。1959年，法国布尔公司制成的Gamma60机是最早采用了多道程序并行的计算机。1961年，IBM公司制成了STRETCH机。它在系统结构上采用了先行控制技术和3级具有多道程序性质的并行操作。可以做到：在执行一条指令的过程中部件分时工作，一道程序的连续几条指令的准备与执行并行完成，并行执行几道独立的程序。1964年，控制数据公司的西摩.克雷博士领导研制成功了CDC6600机。它的运算速度达每秒300万次，主存容量为13万字。它采用了向量处理技术和流水线结构，在执行一条指令时可同时计算多个操作数据，一次能算出一组结果。它还采用了多机处理的"分布计算"体制，把处理功能分散于主机和多台副机(外围机），并使系统的各个组成部分在大范围内并行工作。这些改进和创新对后来的计算机产生较大影响，并为向第三代电子计算机的过渡做好了系统结构的准备。

60年代初，第二代电子计算机已逐步取代了第一代计算机，成为主要产品。它的速度大大提高，可靠性增强，重量、体积、功耗都大幅度降低，同时采用了高级程序设计语言及编译程序。第二代电子计算机不仅可用于数值计算，还逐渐向企业管理的信息处理方面转移，在科研、生产和航空航天中得到了广泛的应用。

IBM公司研制的STRETCH，虽然有先进的系统结构，但售价高达1350万美元，因此只生产了7台，并使IBM公司亏损2000万美元。然而它为IBM公司吸引了一大批富有创造力的青年，创造了发展第三代电子计算机的条件。60年代初，集成电路开始出现。1964年4月，IBM公司生产出混合集成电路的IBM360系列计算机。这种机型的出现，标志着电子计算机进入了第三代。它的研制开发，耗资50亿美元，是美国研制第一颗原子弹的"曼哈顿工程"所用经费(20亿美元）的两倍半。到60年代末，IBM360系列已开发出大、中、小型机共11个型号，是电子计算机史上获得最大成功的通用计算机系列。它有多种外围设备和丰富的软件，价格性能比大幅度下降，运算速度最高达每秒千万次。

第三代电子计算机的最主要特点是系列兼容。采用微程序设计为实现系列兼容提供了方便，而集成电路为实现微程序设计提供了必要基础。IBM360系列的十几种机型，除个别机型外都相互兼容。第三代计算机在应用方式上广泛发展了用户自动分时系统和开始建立计算机网络。第三代计算机的外部设备已有重大革新，从机械式变为电子化，尤其是终端设备和远程终端设备获得很大发展。它与通信设备结合，为多用户自动分时系统的实现创造了条件。1965年，第一批商用分时系统投入运行。其中IBM公司的QVICKTRAN系统，可以连接40个用户。1967年，美国开始建立了第一个分时工作的大型计算机网络。它是为美国国防部建立的ARPA网络，将分散在全国11个城市的通用计算机连接在统一的分时系统中。1970年，连接美国与西欧的国际网络TIM建成，包括37台计算机，通过通信线路与美国和西欧的54个城市的用户相连接。

由于采用集成电路，第三代电子计算机出现了向小型机发展的趋势。1965年，美国数字设备公司(DEC)生产出PDP-8型机，是当时最便宜的计算机。受它的影响，这类小型机纷纷出现，美国1965年生产了1000多台小型机，1970年增至10000多台，品种达100多种。DEC公司成为生产小型机的最大公司。由于小型机可靠方便，价格低廉，因而发展迅速，使电子计算机进入了普及阶段。

1970年，IBM公司又研制出了IBM370系列机。它采用大规模集成电路做主存贮器，是向第四代过渡的电子计算机。

与美国相比，原联邦德国、日本、英国、原苏联等国的集成电路计算机发展较晚。1966年后，才开始生产集成电路计算机，其中原苏联到1970年才研制生产小型集成电路计算机。

70年代，大规模集成电路的发展，使电子计算机发展到了第四代。1975年，美国阿姆达尔公司研制成功470V／6，不久日本富士通公司生产出M-190机。这是最早全面采用大规模集成电路的计算机。第四代电子计算机最突出的发展特点是，从大到巨、从小到微。巨型机的主要标志是向量机的出现。

最早的向量机是前面提到的大型晶体管计算机CDC6600。1973年，得克萨斯仪器公司研制出ASC机。1974年，控制数据公司制成Starl00机。它们的速度都达到每秒5000万次，都是典型的向量处理机。1975年，美国伊里诺斯大学设计、巴勒斯公司制造的巨型机ILLIAC-IV投入运行。它是一个高功能的多机系统，最高速度可达1.5亿次／秒。但它的结构过于复杂，价格昂贵，工作不稳定，因此并不很成功。1976年，美国克雷设计的Cray-1型计算机投入运行，并获得巨大成功。克雷原是控制数据公司的设计师。他愿意研制巨型机，CDC6600等计算机就是他主持设计的。但公司不给他足够的支持，于是他建立了克雷实验公司，并研制了Cray-I型机。它是当时世界上最大的巨型机，但体积很小，主机占地面积仅7平方米，售价只有500-800万美元，向量运算速度最高竟达每秒2.5亿次。到1979年，Cray-I型机已售出16台。

80年代以来，日本加速研制巨型机。1982年，日本富士通公司制成的FACOMVP-200机，速度达每秒5亿次。1983年，日立公司制成的S810／20，速度达到每秒6.5亿次。1985年，日本富士通公司制成了每秒10亿次的FACOMVP-400机。这些机型的运算速度超过了美国当时生产的最快的计算机。对此，美国不甘落后，决心重新夺回领先地位。1986年，克雷公司研制成Cray-2型机，运算速度达到每秒10.2亿次。

巨型机在武器研制、导弹及航空航天飞行器的设计、气象预报、卫星图像处理、资源分析等各方面有广泛的应用，发挥了巨大的作用。

70年代，计算机发展最为重要的事件是微机的产生与发展。大规模集成电路的应用，使计算机的体积越来越小，功耗大大降低，微处理器和微型计算机便随之诞生了。1969年，英特尔公司32岁的工程师特德.霍夫(1937-　）接受了研制小型集成电路片的任务。经过潜心研究，他提出了微处理器的方案：把计算机逻辑电路做在一块硅片上，并把整个计算机的集成电路片减少为3块。1971年，霍夫和他的助手把2250个晶体管集成在一块0.6×0.8英寸的硅片上，制成了单片式的中央处理器，即微处理器。英特尔公司同年生产出Intel4004微处理器及由它构成的MCS-4微型计算机。1972年，该公司又生产出In－tel8008微处理器和MCS-8微型计算机。微处理器问世以来，发展异常迅速，差不多两年就换代一次。微处理器从4位、8位、发展到16位、32位。1981年，英特尔公司、贝尔实验室等公司都生产出了32位微处理器。到1980年，全世界的微处理器已超过了1亿台，它的应用广泛程度远远超过了计算机。同时，微型计算机逐步实现了系列化，速度达每秒几十万至几百万次，主存容量为64K至128K，整机体积大大缩小。单片微型计算机也已生产出来。

从70年代后期，个人计算机开始兴起。1977年，美国的Apple公司将AppleⅡ计算机投放市场。以后，各种型号的个人计算机如雨后春笋，纷纷涌现。IBM公司于80年代初推出了IBMPC、IBMPC／XT等。该公司的产品功能先进、价格便宜，在市场上很受欢迎。

微型计算机功能齐全、价格低廉、体积小、精巧灵活，在科研、生产、军事、商业、学校、机关以及家庭都得到了广泛应用，成为信息技术中十分重要的角色。

中国于1958-1959年先后研制成小型和大型电子管计算机。1967年，第二代晶体计算机投入运行。1970年，集成电路计算机研制成功。1975年，每秒百万次以上的大型集成电路计算机出现。同时，微型计算的产量成倍增长。中国的计算机业虽然起步晚，但发展迅速，与世界先进水平的差距不断缩小。1983年，中国研制成了速度达每秒亿次的巨型计算机——银河Ⅰ号。90年代初，中国又研制出速度为每秒10亿次的银河Ⅱ号巨型机。

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