《計(jì)算機(jī)文化》課件-第1章

第1章認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)1.1計(jì)算機(jī)的概念與分類1.2計(jì)算機(jī)的影響1.3計(jì)算機(jī)文化1.4計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展思考題

1.1計(jì)算機(jī)的概念與分類

1.1.1計(jì)算機(jī)的概念

計(jì)算機(jī)(Computer/Calculationmachine)一般是在學(xué)術(shù)性或正式場(chǎng)合使用的名稱，它的學(xué)名為電子計(jì)算機(jī)，是由早期的電動(dòng)計(jì)算器發(fā)展而來(lái)的。自第一代計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)一直處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，計(jì)算機(jī)科學(xué)已成為一門發(fā)展快、滲透性強(qiáng)、影響深遠(yuǎn)的學(xué)科，計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)已在世界范圍內(nèi)發(fā)展成為具有戰(zhàn)略意義的產(chǎn)業(yè)。計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。計(jì)算機(jī)作為20世紀(jì)出現(xiàn)的新生事物，它的誕生對(duì)我們的生活、工作、學(xué)習(xí)等各方面產(chǎn)生了極大影響。全球第一代計(jì)算機(jī)如圖1-1(a)所示，第一代便攜式手提計(jì)算機(jī)如圖1-1(b)所示。計(jì)算機(jī)科學(xué)涉及到數(shù)學(xué)、電子學(xué)(特別是微電子學(xué))、磁學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械、通信、系統(tǒng)工程等學(xué)科，同時(shí)，由于各國(guó)政府、企業(yè)、科教組織對(duì)計(jì)算機(jī)的使用及影響程度不甚相同，因此，關(guān)于計(jì)算機(jī)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的、權(quán)威的定義。圖1-1第一代計(jì)算機(jī)

《牛津英語(yǔ)詞典(第二版)》的定義為：計(jì)算機(jī)是一種進(jìn)行運(yùn)算或者控制那些可以表示為數(shù)字或者邏輯形式的操作的設(shè)備。人們一般認(rèn)為，廣義的計(jì)算機(jī)是指能自動(dòng)處理信息的機(jī)器。在通常用語(yǔ)中，計(jì)算機(jī)一般指電子計(jì)算機(jī)中的個(gè)人計(jì)算機(jī)。有一種定義為：計(jì)算機(jī)是一種能夠按照指令對(duì)各種數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行自動(dòng)加工和處理的電子設(shè)備，它由多個(gè)零配件組成，如中央處理器、主板、內(nèi)存、電源、顯卡等；還有一種定義為：計(jì)算機(jī)就是接收、處理和提供數(shù)據(jù)的一種裝置，通常由輸入/輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算和邏輯部件以及控制器組成。此外，還有這樣一些定義：主板、顯卡、聲卡、顯示器、機(jī)箱電源、鍵盤(pán)鼠標(biāo)、光驅(qū)、軟驅(qū)、內(nèi)存條、CPU等就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)就是能自動(dòng)地、以存儲(chǔ)程序的方式進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的機(jī)器；代替人的部分腦力活動(dòng)的機(jī)器就是計(jì)算機(jī)。按定義來(lái)說(shuō)，一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)能用來(lái)解決任何問(wèn)題，只要這個(gè)問(wèn)題可以用程序來(lái)表示。然而，程序運(yùn)行時(shí)是有一些實(shí)際限制的：計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力、所需處理問(wèn)題的大小以及運(yùn)行的速度。在1934年，艾倫·圖靈證明了：給定正確的程序，任何通用計(jì)算機(jī)可以模擬其他任何計(jì)算機(jī)的行為。他的數(shù)學(xué)證明是純粹理論上的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有通用計(jì)算機(jī)存在。這個(gè)證明的意義是深遠(yuǎn)的，例如，從理論上說(shuō)，現(xiàn)在的通用計(jì)算機(jī)能夠模擬任何未來(lái)制造的通用計(jì)算機(jī)的行為，盡管速度很慢。通用計(jì)算機(jī)也稱為完備的圖靈機(jī)，它經(jīng)常被用來(lái)定義現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的能力上限。然而，這種定義是有問(wèn)題的。幾種過(guò)分單純化的計(jì)算設(shè)備已經(jīng)展現(xiàn)出完備的圖靈機(jī)特性，但是它們都處于一種所謂的“圖靈瀝青陷阱”狀態(tài)，即什么都是有可能的，但是和實(shí)用性一點(diǎn)都不沾邊?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)不僅僅是理論上通用化的，而且是實(shí)用化的通用工具。圖1-2(a)所示為現(xiàn)在國(guó)防、科研上使用的萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)(2007年12月26日，我國(guó)首臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)高性能通用處理器芯片“龍芯2F”和其他國(guó)產(chǎn)器件、設(shè)備和技術(shù)的計(jì)算機(jī)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制成功，并通過(guò)專家鑒定)，圖1-2(b)所示為市場(chǎng)上流行的一款掌上計(jì)算機(jī)。圖1-2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)1.1.2計(jì)算機(jī)的分類

1．按用途分類

計(jì)算機(jī)制造商通常用以下詞匯來(lái)描述他們的產(chǎn)品：超級(jí)計(jì)算機(jī)、迷你超級(jí)計(jì)算機(jī)(如圖1-3所示)、大型計(jì)算機(jī)、企業(yè)級(jí)服務(wù)器、小型機(jī)、工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者臺(tái)式機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)或者筆記本計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、可以穿戴的計(jì)算機(jī)等。計(jì)算機(jī)發(fā)展的快速性意味著計(jì)算機(jī)新的用途層出不窮，當(dāng)前的定義很快就會(huì)過(guò)時(shí)。許多不再被人使用的計(jì)算機(jī)的類型，例如微分分析器，通常不被列入分類條目之中。所以，必須采用其他分類方法來(lái)明白無(wú)誤地定義計(jì)算機(jī)。圖1-3TyphoonPSC(泰安臺(tái)風(fēng)個(gè)人超級(jí)計(jì)算機(jī))

2．按制造技術(shù)分類

按制造技術(shù)分類，可以有機(jī)械式計(jì)算機(jī)、半電子－半機(jī)械式計(jì)算機(jī)、電子式計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體集成電路計(jì)算機(jī)、光學(xué)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、神經(jīng)計(jì)算機(jī)及生物計(jì)算機(jī)等。

3．按設(shè)計(jì)特點(diǎn)分類

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)綜合了許多基本的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，這些特點(diǎn)是許多貢獻(xiàn)者在很多年里逐漸開(kāi)發(fā)出來(lái)的。設(shè)計(jì)特點(diǎn)經(jīng)常獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)技術(shù)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的綜合性能來(lái)源于這些特點(diǎn)互相作用的方式。一些重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)羅列如下：

(1)數(shù)字式和模擬式。設(shè)計(jì)一種計(jì)算機(jī)時(shí)有一個(gè)基本的決定：這種計(jì)算機(jī)應(yīng)該是數(shù)字式還是模擬式的。數(shù)字式計(jì)算機(jī)處理離散的數(shù)字性或者符號(hào)性值，而模擬式計(jì)算機(jī)仍然應(yīng)用于一些特殊的領(lǐng)域，例如機(jī)器人和回旋加速器的控制。

(2)二進(jìn)制和十進(jìn)制。在數(shù)字式計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程中，一個(gè)重大的設(shè)計(jì)進(jìn)步是引入了二進(jìn)制作為內(nèi)部的數(shù)字系統(tǒng)。這種方法避免了那些基于其他數(shù)字系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中必需的復(fù)雜的進(jìn)位機(jī)制。采用二進(jìn)制的好處是簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)算術(shù)功能和邏輯運(yùn)算的設(shè)計(jì)。

4．按能力分類

計(jì)算機(jī)按能力可以分為三大類：只能計(jì)算一種函數(shù)的單用途設(shè)備，可以計(jì)算有限范圍內(nèi)的函數(shù)的特殊用途設(shè)備，以及我們天天使用的通用設(shè)備。過(guò)去計(jì)算機(jī)這個(gè)詞用來(lái)描述所有這些類型的機(jī)器，但是現(xiàn)在口語(yǔ)中的用法通常特指通用計(jì)算機(jī)了。

5．按操作方式分類

計(jì)算機(jī)可以按用戶操作的方式來(lái)分類。有兩大類操作方式：批處理和交互式處理。

6．按規(guī)?；蛳到y(tǒng)功能分類

計(jì)算機(jī)可以分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中小型機(jī)、工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)(微型機(jī)、膝上機(jī)、掌上機(jī)、單板機(jī))等。

7．按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的互連地域范圍分類

計(jì)算機(jī)可劃分為單機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)等。

8．按Flynn的建議分類

按計(jì)算機(jī)內(nèi)的指令流和數(shù)據(jù)流是單個(gè)還是多個(gè)來(lái)劃分計(jì)算機(jī)的種類，這就是Flynn分類法。按照Flynn法可把計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)分為4類：SISD(單指令、單數(shù)據(jù)流)，串行地執(zhí)行指令；MISD(多指令、單數(shù)據(jù)流)，在多個(gè)處理機(jī)中用不同的指令去處理單個(gè)數(shù)據(jù)，這種方案看來(lái)是很不實(shí)際的；SIMD(單指令、多數(shù)據(jù)流)，以多個(gè)處理機(jī)同時(shí)對(duì)不同的數(shù)據(jù)執(zhí)行同一種指令操作；MIMD(多指令、多數(shù)據(jù)流)，以多個(gè)處理機(jī)自治地對(duì)不同的數(shù)據(jù)執(zhí)行不同的操作。

另外，按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的抗惡劣環(huán)境程度還可劃分為通用計(jì)算機(jī)、加固(半加固)計(jì)算機(jī)。

1.2計(jì)算機(jī)的影響

21世紀(jì)人類已經(jīng)進(jìn)入信息社會(huì)，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的普及，人們的生活正發(fā)生著翻天覆地的變化。計(jì)算機(jī)改變了人類獲取知識(shí)、信息的方式，它還將改變?nèi)祟惿鐣?huì)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)、分配方式等。在這個(gè)科技進(jìn)步的時(shí)代，計(jì)算機(jī)已成為每個(gè)人必備的工具，有了計(jì)算機(jī)，我們的聯(lián)系才如此方便，快捷。計(jì)算機(jī)時(shí)代讓人們盡情領(lǐng)略到了數(shù)字技術(shù)帶來(lái)的神奇，比如使用計(jì)算機(jī)制作的兩幅數(shù)字圖畫(huà)，如圖1-4(a)和1-4(b)所示。同時(shí)計(jì)算機(jī)也給人們帶來(lái)了一些健康隱憂，如圖1-4(c)和1-4(d)所示。計(jì)算機(jī)的普及和計(jì)算機(jī)文化的形成及發(fā)展，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，使互聯(lián)網(wǎng)滲透到了人們工作、生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為人們獲取信息、享受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的重要來(lái)源。隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，我們對(duì)計(jì)算機(jī)及其所形成的計(jì)算機(jī)文化，有了更全面的認(rèn)識(shí)。圖1-4計(jì)算機(jī)對(duì)認(rèn)知的影響在20世紀(jì)80年代初期，Papert曾指出計(jì)算機(jī)是一種強(qiáng)而有力的學(xué)習(xí)工具，可以克服傳統(tǒng)教學(xué)媒體的缺陷，將一些抽象而深?yuàn)W的概念化為具體而易懂的多媒體光盤(pán)互動(dòng)教材，以幫助幼兒學(xué)習(xí)。Swigger和Hines的研究成果顯示：三歲的兒童已具有玩計(jì)算機(jī)的能力；四歲的兒童已具有使用計(jì)算機(jī)的能力；五歲的兒童已具有設(shè)計(jì)作業(yè)的能力。目前有許多研究已指出幼兒使用計(jì)算機(jī)的正面效果，但提供給幼兒的有意義的經(jīng)驗(yàn)并非來(lái)自于計(jì)算機(jī)硬件，而是軟件。此外，多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了界面友好、形象直觀的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和協(xié)商會(huì)話、協(xié)作學(xué)習(xí)。當(dāng)然，對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，如果計(jì)算機(jī)使用不當(dāng)，那么它也會(huì)讓人們對(duì)它產(chǎn)生過(guò)分的依賴性。比如，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的廣泛使用極大地改變了人們認(rèn)知世界的方式，改變了人的閱讀習(xí)慣、日常生活習(xí)慣、價(jià)值觀，甚至人格等。調(diào)查顯示，近年來(lái)，我國(guó)國(guó)民圖書(shū)閱讀率持續(xù)走低，與此相反，網(wǎng)絡(luò)閱讀率卻大幅增長(zhǎng)。我國(guó)國(guó)民網(wǎng)上閱讀率從1999年的3.7%增加到2003年的18.3%，再到2005年的27.8%，7年間增長(zhǎng)了7.5倍，我國(guó)有網(wǎng)上閱讀習(xí)慣的人數(shù)比例年均增幅40%。各種電子媒介欣欣向榮，正在改變著我們的生活方式和思維方式。2003年各種媒體接觸率排名如圖1-5所示。如今，網(wǎng)絡(luò)閱讀正成為全社會(huì)的一種新的閱讀方式。圖1-52003年各種媒體接觸率排名現(xiàn)在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，它們?cè)谖覀兊纳钪袩o(wú)處不在。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)我們可以輕松了解各種資訊、獲取幫助、提高工作效率、共享信息等。如圖1-6和圖1-7所示的那樣，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)也改變了我們一些傳統(tǒng)的生活方式。

下面我們將從信息高速公路和信息社會(huì)所具有的特征這兩個(gè)方面來(lái)了解計(jì)算機(jī)文化對(duì)社會(huì)的影響。圖1-6可視電話交流

圖1-7視頻聊天交流

1．信息高速公路

1993年1月，戈?duì)柈?dāng)選為克林頓政府的副總統(tǒng)，同年9月，他代表美國(guó)政府發(fā)表了“國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施行動(dòng)日程(NationalInformationInfrastructure：AgendaforAction)”即“美國(guó)信息高速公路計(jì)劃”，或稱“NII”計(jì)劃。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是NII計(jì)劃的基礎(chǔ)。目前，世界上最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——Internet(常稱為互聯(lián)網(wǎng))就是在ARPAnet的基礎(chǔ)上，由35?000多個(gè)局域網(wǎng)、城域網(wǎng)(MAN)和國(guó)家網(wǎng)互連而成的一個(gè)全球網(wǎng)絡(luò)，使得人們好像住進(jìn)了一個(gè)地球村(見(jiàn)圖1-8(a))。Internet已把全世界200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的幾億臺(tái)計(jì)算機(jī)及其用戶連接在一起，網(wǎng)上的數(shù)據(jù)信息量每月以10%以上的速度遞增。僅以電子郵件(ElectronicMail或E-mail)為例，每天就有幾千萬(wàn)人次使用Internet的E-mail信箱。發(fā)送電子郵件的用戶只需把信件內(nèi)容及收信人的E-mail地址按照規(guī)定送入連網(wǎng)的計(jì)算機(jī)中，E-mail系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)把信件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到目的地。收信的用戶如果定時(shí)連網(wǎng)，可在自己的E-mail信箱中看到任何人發(fā)送給自己的郵件。NII計(jì)劃的提出，給未來(lái)的信息社會(huì)勾畫(huà)出了一個(gè)清晰的輪廓，而Internet的擴(kuò)大運(yùn)行，也給未來(lái)的全球信息基礎(chǔ)設(shè)施提供了一個(gè)可供借鑒的原型。人人向往的信息社會(huì)，已不再是一個(gè)帶有理想色彩的空中樓閣。圖1-8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)改變生活、工作方式

2．信息社會(huì)的特征

同信息化以前的社會(huì)相比，信息社會(huì)具有下列主要特征：

(1)信息成為重要的戰(zhàn)略資源。在工業(yè)社會(huì)，能源和材料是最重要的資源。信息技術(shù)的發(fā)展，使人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到信息在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用。信息被當(dāng)作是一種重要的戰(zhàn)略資源。一個(gè)企業(yè)如果不實(shí)現(xiàn)信息化，就很難增加生產(chǎn)，提高與其他企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力；一個(gè)國(guó)家如果缺乏信息資源，又不重視信息的利用和交換能力，就只能是一個(gè)貧窮落后的國(guó)家。目前，信息業(yè)已上升為一個(gè)國(guó)家最重要的產(chǎn)業(yè)。美國(guó)學(xué)者M(jìn)·U·Poftat就提出一種宏觀經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)理論，將信息業(yè)與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)并列為四大產(chǎn)業(yè)。信息業(yè)不能代替工業(yè)生產(chǎn)汽車，也不能代替農(nóng)業(yè)生產(chǎn)糧食，但它是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的“倍增器”，能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)水平，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的信息社會(huì)中，信息業(yè)將成為全世界最大的產(chǎn)業(yè)。

(2)信息網(wǎng)絡(luò)成為社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著NII計(jì)劃的提出和Internet的擴(kuò)大運(yùn)行，“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”的思想已深入人心。因此，信息化不單是讓計(jì)算機(jī)進(jìn)入普通家庭，更重要的是將信息網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通到世界的每一個(gè)角落，每個(gè)人可以隨時(shí)隨地的開(kāi)展工作。圖1-8(b)所示為一位在機(jī)場(chǎng)利用便攜計(jì)算機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展工作的職業(yè)女性。如果說(shuō)供電網(wǎng)、交通網(wǎng)和通信網(wǎng)是工業(yè)社會(huì)中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，那么信息網(wǎng)的覆蓋率和利用率，理所當(dāng)然地將成為衡量信息社會(huì)是否成熟的標(biāo)志。

1.3計(jì)?算?機(jī)?文?化

從文化教育的角度看，過(guò)去我們掃盲主要是使教育對(duì)象具有“能寫(xiě)會(huì)算”的基本功。現(xiàn)在針對(duì)信息化社會(huì)的要求又提出要培養(yǎng)在計(jì)算機(jī)上“能寫(xiě)會(huì)算”的人，國(guó)外把這稱為計(jì)算機(jī)素養(yǎng)，歸納出三個(gè)R，即讀計(jì)算機(jī)的書(shū)、寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序、取得計(jì)算機(jī)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這概括了國(guó)外計(jì)算機(jī)掃盲的基本要求。隨著計(jì)算機(jī)教育的普及，一個(gè)更深內(nèi)涵的問(wèn)題——計(jì)算機(jī)文化正成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。人類文化的發(fā)展與傳播文化的媒體技術(shù)關(guān)系極大。早在1968年，美國(guó)一位計(jì)算機(jī)科學(xué)家就設(shè)想過(guò)將來(lái)的計(jì)算機(jī)將成為“超級(jí)媒體”或“超級(jí)紙張”，并希望它能像活字印刷術(shù)那樣對(duì)人類產(chǎn)生革命性的沖擊。事實(shí)的發(fā)展證實(shí)了他的預(yù)言。在計(jì)算機(jī)的支持下，無(wú)紙貿(mào)易、無(wú)紙辦公、無(wú)紙新聞、無(wú)紙出版正在成為現(xiàn)實(shí)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也使計(jì)算機(jī)如虎添翼。它建立起人與人之間以及這一群人與另一群人之間溝通的渠道，把時(shí)間和空間上的距離大大縮小，使得人們能彼此交流思想、交換信息。每個(gè)新思想正在被綜合成更新的思想，從而對(duì)人類的本質(zhì)以及我們生存的宇宙產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。網(wǎng)絡(luò)最重要的特點(diǎn)就是人人可以處在網(wǎng)絡(luò)的中心位置，彼此能完全平等地對(duì)話。多媒體計(jì)算機(jī)全球網(wǎng)使人類的聯(lián)系更加密切，知識(shí)寶庫(kù)更加豐富，各種難題更容易獲得解決。網(wǎng)絡(luò)文明對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步和生活改善將起到不可估量的影響。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)文化既有知識(shí)精華在傳播，也有污穢糟粕在泛濫，例如網(wǎng)絡(luò)上傳播的不健康的東西就應(yīng)該堅(jiān)決取締?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是信息高速公路的建設(shè)，要求我們不能單純地把它當(dāng)作科學(xué)技術(shù)問(wèn)題來(lái)研究，還應(yīng)該當(dāng)作一種重大的文化現(xiàn)象來(lái)探討，興利除弊，因勢(shì)利導(dǎo)。世界正在經(jīng)歷由a到b的轉(zhuǎn)變，即原子(atom)時(shí)代向比特(bit)時(shí)代的變革，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步在其中無(wú)疑起著關(guān)鍵性的作用。經(jīng)過(guò)50多年的量變，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎無(wú)所不在，成為人們工作、生活、學(xué)習(xí)不可或缺的重要組成部分，并由此形成了獨(dú)特的計(jì)算機(jī)文化。1.3.1計(jì)算機(jī)文化的定義

所謂計(jì)算機(jī)文化，就是人類社會(huì)的生存方式因使用計(jì)算機(jī)而發(fā)生根本性變化后產(chǎn)生的一種嶄新的文化形態(tài)，這種嶄新的文化形態(tài)可以體現(xiàn)為：①計(jì)算機(jī)理論及其技術(shù)對(duì)自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)的廣泛滲透所表現(xiàn)的豐富文化內(nèi)涵；②計(jì)算機(jī)的軟、硬件設(shè)備，作為人類所創(chuàng)造的物質(zhì)設(shè)備豐富了人類文化的物質(zhì)設(shè)備品種；③計(jì)算機(jī)應(yīng)用介入人類社會(huì)的方方面面，從而創(chuàng)造和形成的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)精神、價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)等成為一種嶄新的文化觀念。計(jì)算機(jī)文化作為當(dāng)今最具活力的一種嶄新文化形態(tài)，加快了人類社會(huì)前進(jìn)的步伐，它所產(chǎn)生的思想觀念、所帶來(lái)的物質(zhì)基礎(chǔ)條件以及計(jì)算機(jī)文化教育的普及有利于人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。同時(shí)，計(jì)算機(jī)文化也帶來(lái)了人類嶄新的學(xué)習(xí)觀念：面對(duì)浩瀚的知識(shí)海洋，人腦所能接受的知識(shí)是有限的，我們根本無(wú)法“背”完，通過(guò)計(jì)算機(jī)這種工具可以把我們從“背”的繁重的記憶性勞動(dòng)中解放出來(lái)，而更多地去完成“創(chuàng)造”性勞動(dòng)。計(jì)算機(jī)文化代表一個(gè)新的時(shí)代文化，它已經(jīng)將一個(gè)人經(jīng)過(guò)文化教育后所具有的能力由傳統(tǒng)的讀、寫(xiě)、算上升到了一個(gè)新高度，即除了能讀、寫(xiě)、算以外，還要具有計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力(信息能力)，而這種能力可通過(guò)計(jì)算機(jī)文化的普及得到實(shí)現(xiàn)。

計(jì)算機(jī)文化來(lái)源于計(jì)算機(jī)技術(shù)，正是后者的發(fā)展，孕育并推動(dòng)了計(jì)算機(jī)文化的產(chǎn)生和成長(zhǎng)；而計(jì)算機(jī)文化的普及，又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的擴(kuò)展。當(dāng)人類跨入21世紀(jì)時(shí)，又迎來(lái)了以網(wǎng)絡(luò)為中心的信息時(shí)代。作為計(jì)算機(jī)文化的一個(gè)重要組成部分，網(wǎng)絡(luò)文化已成為人們生活的一部分，深刻地影響著人們的生活，同樣也給我們帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。信息時(shí)代是互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，嫻熟地駕馭互聯(lián)網(wǎng)將成為人們工作生活的重要能力。在信息時(shí)代造就了微電子、數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)、軟件技術(shù)這4大產(chǎn)業(yè)，圍繞網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，又實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)、電視、電話的“三合一”?！叭弦弧卑瑑蓪右馑迹阂皇怯?jì)算機(jī)網(wǎng)、電視網(wǎng)、電話網(wǎng)三網(wǎng)合一，三種信號(hào)均通過(guò)網(wǎng)際網(wǎng)傳輸；二是終端設(shè)備融為一體。這是目前人們廣泛關(guān)注的技術(shù)，它的實(shí)現(xiàn)極大地豐富了計(jì)算機(jī)文化的內(nèi)涵，讓每一個(gè)人都能領(lǐng)略計(jì)算機(jī)文化的無(wú)窮魅力，體味計(jì)算機(jī)文化的浩瀚。

今天，計(jì)算機(jī)文化已成為人類現(xiàn)代文化的一個(gè)重要組成部分，完整準(zhǔn)確地理解計(jì)算科學(xué)與工程及其社會(huì)影響，已成為新時(shí)代青年人的一項(xiàng)重要任務(wù)。1.3.2計(jì)算機(jī)文化的形成

自第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，世界上已有超過(guò)2.5億臺(tái)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)在各地運(yùn)行。PC機(jī)在美國(guó)家庭的普及率已超過(guò)50%。在中國(guó)，PC機(jī)的銷售量以每年約20%的速度增長(zhǎng)。除此以外，每年還有大量的單片機(jī)裝入汽車、微波爐、洗衣機(jī)、電話和電視機(jī)中。一個(gè)計(jì)算機(jī)大普及的時(shí)代已經(jīng)揭開(kāi)了序幕，并由此形成了獨(dú)具魅力的計(jì)算機(jī)文化。回顧過(guò)去20多年的歷史，計(jì)算機(jī)的成就主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)價(jià)格持續(xù)下降。1975年問(wèn)世的第一臺(tái)微機(jī)(Altair8800)的價(jià)格為4000美元。1977年著名的AppleII8位機(jī)(帶64KB內(nèi)存、不配顯示器)的售價(jià)為1300美元。1981年推出的第一代IBMPC機(jī)(4.77?MHz8088CPU，512?KB內(nèi)存，單色顯示器和5英寸軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)報(bào)價(jià)為3200美元。到1996年，一臺(tái)配備齊全的PC機(jī)(90?MHzPentiumCPU，8?MB內(nèi)存，VGA彩顯，54?MB硬盤(pán))，加上鍵盤(pán)、打印機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)外部設(shè)備，花2500美元即可買到。在中國(guó)，現(xiàn)在配備最新的CPU的微機(jī)售價(jià)只需幾千元人民幣。同許多其他家電產(chǎn)品一樣，PC機(jī)現(xiàn)已成為普通人能夠買得起的家電產(chǎn)品。

(2)性能大幅度提高。早期的微機(jī)速度低、內(nèi)存容量小，其功能遠(yuǎn)不及小型機(jī)和主機(jī)。許多大型的軟件因內(nèi)存限制，無(wú)法在PC機(jī)上運(yùn)行。硬件的進(jìn)步，使PC機(jī)每秒可處理千兆字節(jié)的信息，內(nèi)存容量可達(dá)幾百兆字節(jié)，不少以前只能在工作站乃至大型機(jī)上運(yùn)行的軟件，現(xiàn)在也能在PC機(jī)上運(yùn)行。一些先進(jìn)技術(shù)，像虛似存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖形系統(tǒng)和多媒體應(yīng)用等，在PC機(jī)上都能實(shí)現(xiàn)?！拔C(jī)不微”，今天的PC機(jī)，不僅在功能上已超過(guò)了26年前的小型機(jī)或某些主機(jī)，而且在軟件、硬件技術(shù)上也覆蓋了許多當(dāng)代新技術(shù)。

(3)操作日趨簡(jiǎn)便。早期的計(jì)算機(jī)操作復(fù)雜，只有專家才能使用。隨著分時(shí)系統(tǒng)與小型機(jī)的推廣，開(kāi)始用鍵盤(pán)代替讀卡機(jī)和紙帶機(jī)，用字符顯示器補(bǔ)充單獨(dú)使用的電傳打字機(jī)或打印機(jī)，簡(jiǎn)化了輸入/輸出操作。1982年，美國(guó)Xerox公司采用圖形顯示器和鼠標(biāo)器等設(shè)備，采用層疊式窗口、彈出式菜單等人機(jī)交互技術(shù)，一舉吸引了公眾的注意。1984年，美國(guó)Apple公司在推出MacintoshPC機(jī)的同時(shí)，除采用窗口與菜單技術(shù)外，還增加了引人注目的“對(duì)話框”等技術(shù)。從此，圖文并茂的圖形用戶界面開(kāi)始取代傳統(tǒng)的字符用戶界面，以“多窗口”下拉菜單和“聯(lián)機(jī)幫助”為特征的窗口系統(tǒng)迅速推廣。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，形聲兼?zhèn)涞亩嗝襟w用戶界面也初露頭角。不久的將來(lái)，計(jì)算機(jī)的操作與應(yīng)用將更趨簡(jiǎn)便，更加自然。一個(gè)高性能的工具，配上友好的用戶界面，再加上低廉的價(jià)格，使得計(jì)算機(jī)從“昔日王榭堂前燕”，變成了如今的“飛入平常百姓家”。計(jì)算機(jī)已成為我們?nèi)粘Ｉ畈豢煞指畹囊粋€(gè)重要部分。

(4)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)不僅作為一個(gè)媒體給傳媒格局帶來(lái)很多沖擊，也作為一種新的社會(huì)形態(tài)，孕育了各種新的文化現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)文化的景觀，既讓一些人稱奇，又讓一些人困惑，更讓不少人擔(dān)憂。芙蓉姐姐、網(wǎng)絡(luò)小胖、后舍男孩、美媚自拍、聊天交友、論壇灌水、反恐游戲、網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)手、電子購(gòu)物等成了全新的文化創(chuàng)作與參與主體、全新的文化內(nèi)容與文化傳播、全新的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與生存方式的代表。僅僅在10年前，我們還無(wú)法想象到今天的這種新文化形態(tài)，網(wǎng)絡(luò)從一種技術(shù)的代名詞演變?yōu)橐环N文化，成熟的周期顯得過(guò)于短暫。圖1-9、圖1-10、圖1-11是一些網(wǎng)絡(luò)文化中較有代表性的一些事例。圖1-9網(wǎng)絡(luò)電視圖1-10網(wǎng)絡(luò)聊天圖1-11博客影響著人類生活和思維方式的網(wǎng)絡(luò)文化是一個(gè)內(nèi)涵十分豐富的概念，對(duì)它的認(rèn)識(shí)角度與層面不盡相同。人民網(wǎng)傳媒頻道彭蘭博士將網(wǎng)絡(luò)文化分成如下層面：

(1)網(wǎng)絡(luò)文化行為：網(wǎng)民在網(wǎng)絡(luò)中的行為方式與活動(dòng)，大多具有文化的意味，它們就是網(wǎng)絡(luò)文化的基本層面，是網(wǎng)絡(luò)文化的其他層面形成的基礎(chǔ)。

(2)網(wǎng)絡(luò)文化產(chǎn)品：既包括網(wǎng)民利用網(wǎng)絡(luò)傳播的各種原創(chuàng)的文化產(chǎn)品，例如文章、圖片、視頻、Flash等，也包括一些組織或商業(yè)機(jī)構(gòu)利用網(wǎng)絡(luò)傳播的文化產(chǎn)品。

(3)網(wǎng)絡(luò)文化事件：網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的一些具有文化意義的社會(huì)事件，它們不僅對(duì)網(wǎng)絡(luò)文化的走向起到一定作用，也會(huì)對(duì)社會(huì)文化發(fā)展產(chǎn)生一定影響。

(4)網(wǎng)絡(luò)文化現(xiàn)象：有時(shí)網(wǎng)絡(luò)中并不一定發(fā)生特定的事件，但是，一些網(wǎng)民行為或網(wǎng)絡(luò)文化產(chǎn)品等會(huì)表現(xiàn)出一定的共同趨向或特征，形成某種文化現(xiàn)象。

(5)網(wǎng)絡(luò)文化精神：網(wǎng)絡(luò)文化的一些內(nèi)在特質(zhì)。目前網(wǎng)絡(luò)文化精神的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：自由性、開(kāi)放性、平民性、非主流性等。但隨著網(wǎng)絡(luò)在社會(huì)生活中滲透程度的變化，網(wǎng)絡(luò)文化精神也會(huì)發(fā)生變化。不同層面的網(wǎng)絡(luò)文化交織在一起，構(gòu)成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)文化景觀。而網(wǎng)絡(luò)文化的形成，有著自己內(nèi)部的動(dòng)力系統(tǒng)，也有著外部的推動(dòng)力量?？傮w來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)文化的形成基于以下幾種主要的動(dòng)力要素的組合結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)方式：

(1)網(wǎng)絡(luò)文化發(fā)展的原動(dòng)力是網(wǎng)民的需要或訴求。這些需要和訴求主要包括休閑娛樂(lè)訴求、自我表達(dá)訴求、自我調(diào)適需求、個(gè)人信息傳播訴求、自我形象塑造訴求、知識(shí)管理訴求、社會(huì)參與訴求。

(2)網(wǎng)民互動(dòng)是網(wǎng)絡(luò)文化的助推力。網(wǎng)民互動(dòng)放大了個(gè)體行為影響(“芙蓉姐姐”就是一個(gè)典型的例子)、聚合了個(gè)體行為能量(近兩年的“超女”現(xiàn)象)、孕育了群體文化、促進(jìn)了文化產(chǎn)品傳播(博客、BBS)、造就了網(wǎng)絡(luò)文化精神。

社會(huì)學(xué)家指出，網(wǎng)絡(luò)文化極大地滿足了人們的一種“經(jīng)歷癖”，人們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)的虛擬空間中從心態(tài)上鍛煉了一種成就感和自信心。在游戲中，人們通過(guò)與不同魔怪打斗來(lái)提升自己的武功，同俠女相識(shí)相愛(ài)，如同身臨其境；在論壇中，可以像學(xué)者官員那樣評(píng)點(diǎn)國(guó)家大事，抨擊社會(huì)丑惡現(xiàn)象；在網(wǎng)絡(luò)文學(xué)與網(wǎng)絡(luò)音樂(lè)創(chuàng)作中，可以像大作家與音樂(lè)家那樣，隨意創(chuàng)作自己得意的作品，供網(wǎng)民評(píng)點(diǎn)……網(wǎng)絡(luò)社會(huì)是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷完善的過(guò)程中形成的，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)的門檻逐漸降低，越來(lái)越多的人匯集到網(wǎng)絡(luò)中來(lái)，人們共同完善和建設(shè)著這個(gè)有史以來(lái)人類最大的社區(qū)。因此，網(wǎng)絡(luò)文化首先是“全球化”的，同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)匯聚了全球各個(gè)角落、各種民族、不同文化的人們來(lái)參與，網(wǎng)絡(luò)文化的最終發(fā)展必然是多元的、共生的，更像是一個(gè)文化的“叢林”。

1.4計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展

1.4.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

1．計(jì)算機(jī)的誕生

1946年2月15日發(fā)生了人類歷史上一件劃時(shí)代的大事：人類第一臺(tái)真正意義上的電子計(jì)算機(jī)誕生了。1945年，由美國(guó)生產(chǎn)了第一臺(tái)全自動(dòng)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”(英文縮寫(xiě)詞是ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，中文意思是電子數(shù)字積分器和計(jì)算器)，如圖1-12所示。它是美國(guó)奧伯丁武器試驗(yàn)場(chǎng)為了滿足計(jì)算彈道需要而研制的。主要發(fā)明人是電氣工程師普雷斯波·?？颂?J.PrespenEckert)和物理學(xué)家約翰·莫奇勒(JohnW.Mauchly)。這臺(tái)計(jì)算機(jī)1946年2月交付使用，共服役9年。“埃尼阿克”的功，是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一座紀(jì)念碑，是人類在發(fā)展計(jì)算技術(shù)的歷程中到達(dá)的一個(gè)新的起點(diǎn)。“埃尼阿克”計(jì)算機(jī)的最初設(shè)計(jì)方案是由36歲的美國(guó)工程師莫奇利于1943年提出的，它的主要任務(wù)是分析炮彈軌道?？偣こ處熡赡陜H24歲的埃克特?fù)?dān)任，組員格爾斯是位數(shù)學(xué)家，另外還有邏輯學(xué)家勃克斯。“埃尼阿克”共使用了18?000個(gè)電子管、1500個(gè)繼電器以及其他器件。其總體積約90立方米，重達(dá)30噸，占地170平方米，需要用一間30多米長(zhǎng)的大房間才能存放，是個(gè)地地道道的龐然大物。這臺(tái)耗電量為140千瓦的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度為5000次加法每秒，或者400次乘法每秒，比機(jī)械式的繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍?！鞍Ｄ岚⒖恕弊畛跏菫榱诉M(jìn)行彈道計(jì)算而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，但后來(lái)可以通過(guò)改變插入控制板里的接線方式來(lái)解決各種不同的問(wèn)題，而成為一臺(tái)通用機(jī)。它的一種改型機(jī)曾用于氫彈的研制?！鞍Ｄ岚⒖恕背绦虿捎猛獠坎迦胧剑慨?dāng)進(jìn)行一項(xiàng)新的計(jì)算時(shí)，都要重新連接線路。有時(shí)幾分種或幾十分種的計(jì)算，要花幾小時(shí)或1～2天的時(shí)間進(jìn)行線路連接準(zhǔn)備，這是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。它的另一個(gè)弱點(diǎn)是存儲(chǔ)量太小，至多只能存20個(gè)10位的十進(jìn)制數(shù)。因此有了隨后的世界上第一臺(tái)能夠存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，如圖1-13所示。英國(guó)無(wú)線電工程師協(xié)會(huì)的蒙巴頓將軍把“埃尼阿克”的出現(xiàn)譽(yù)為“誕生了一個(gè)電子的大腦”，“電腦”的名稱由此流傳開(kāi)來(lái)。圖1-12第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)“ENIAC”圖1-13世界上第一臺(tái)存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)EDVAC

ENIAC機(jī)的問(wèn)世具有劃時(shí)代的意義，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。在以后的40多年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展得異常迅速，在人類科技史上還沒(méi)有一種學(xué)科可以與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度相提并論。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展初期，杰出代表人物是美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼(圖1-14)和英國(guó)科學(xué)家阿蘭·邁席森·圖靈(見(jiàn)圖1-15)。圖1-14馮·諾依曼(JohnvonNeumann)圖1-15阿蘭·邁席森·圖靈(AlanMathisonTuring)馮·諾依曼的主要貢獻(xiàn)是：確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，即馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)可以概括如下：

(1)使用單一的處理部件來(lái)完成計(jì)算、存儲(chǔ)以及通信的工作；

(2)存儲(chǔ)單元是定長(zhǎng)的線性組織；

(3)存儲(chǔ)空間的單元是直接尋址的；

(4)使用機(jī)器語(yǔ)言，指令通過(guò)操作碼來(lái)完成簡(jiǎn)單的操作；

(5)對(duì)計(jì)算進(jìn)行集中的順序控制。從技術(shù)上講，ENIAC尚未正式運(yùn)行就幾乎過(guò)時(shí)了。因?yàn)樵谒竭\(yùn)行之前，一份新型電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)報(bào)告，又在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上樹(shù)起了一座新的里程碑!這份設(shè)計(jì)報(bào)告的起草人，就是20世紀(jì)天才的數(shù)學(xué)大師之一、美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼。1903年12月28日，馮·諾伊曼誕生于匈牙利的布達(dá)佩斯。他從小就顯示出驚人的數(shù)學(xué)天賦。18歲時(shí)，他與指導(dǎo)老師合作，在國(guó)外的雜志上發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文。1926年，馮·諾依曼幾乎同時(shí)畢業(yè)于兩所大學(xué)，在蘇黎世高等技術(shù)學(xué)院獲得“化學(xué)工程”文憑，在布達(dá)佩斯大學(xué)獲得數(shù)學(xué)博士證書(shū)。馮·諾依曼有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，就是善于把人們認(rèn)為不能用數(shù)學(xué)處理的實(shí)際問(wèn)題加以公理化、系統(tǒng)化，將抽象的數(shù)學(xué)理論巧妙地應(yīng)用于實(shí)際生活領(lǐng)域。譬如一次幾十名商人參加的交易會(huì)，商人們都會(huì)謀求有利于自己的最優(yōu)策略，其數(shù)學(xué)復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了太陽(yáng)系行星的運(yùn)動(dòng)。馮·諾依曼敢于知難而進(jìn)，用一系列的數(shù)學(xué)理論創(chuàng)造并揭示了這類現(xiàn)象的規(guī)律，從而奠定了對(duì)策論這門數(shù)學(xué)分支的基礎(chǔ)。馮·諾依曼對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的貢獻(xiàn)，尤其為人們所贊賞。有趣的是，將他引向這個(gè)領(lǐng)域卻純粹靠一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)。1944年夏天，馮·諾依曼在一個(gè)火車站候車時(shí)，偶然遇見(jiàn)ENIAC研制小組的負(fù)責(zé)人之一、數(shù)學(xué)家格爾斯坦中尉。當(dāng)時(shí)，馮·諾依曼正為原子彈實(shí)驗(yàn)中遇到的大量計(jì)算問(wèn)題而苦惱，譬如有關(guān)原子核裂變反應(yīng)過(guò)程問(wèn)題，需要進(jìn)行數(shù)十億次初等算術(shù)運(yùn)算，上百名女計(jì)算員用臺(tái)式計(jì)算器日夜不停地工作，仍然不能按時(shí)完成任務(wù)。在與格爾斯坦中尉閑聊中，馮·諾依曼聽(tīng)到了ENIAC正在研制的消息，立刻理解了這項(xiàng)工作的深遠(yuǎn)意義。不久，他就成了研制小組的?？?，并對(duì)一些關(guān)鍵問(wèn)題的解決作出了貢獻(xiàn)。從此，他那嶄新的設(shè)計(jì)思想，深深地烙印在現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)之中。西方科學(xué)家們對(duì)馮·諾依曼的工作給予了極高的評(píng)價(jià)，尊稱他為“電子計(jì)算機(jī)之父”。

后來(lái)，馮·諾依曼又進(jìn)一步研究了自動(dòng)機(jī)理論，他用驚人的毅力克服癌癥帶來(lái)的病痛，探索了計(jì)算機(jī)和人腦機(jī)制的類似現(xiàn)象。不幸的是，1957年2月8日，《計(jì)算機(jī)與人腦》的講稿尚未寫(xiě)完，馮·諾依曼便被骨癌奪去了生命。

計(jì)算機(jī)發(fā)展史上另一位重要人物阿蘭·邁席森·圖靈對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)主要是：建立了圖靈機(jī)的理論模型，發(fā)展了可計(jì)算性理論；提出了定義機(jī)器智能的圖靈測(cè)試。圖靈1912年生于英國(guó)倫敦，1954年死于英國(guó)的曼徹斯特。他是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者，許多人工智能的重要方法也源自于這位偉大的科學(xué)家。他對(duì)計(jì)算機(jī)的重要貢獻(xiàn)在于他提出了有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)也就是圖靈機(jī)的概念，他杰出的貢獻(xiàn)使他成為計(jì)算機(jī)界的第一人。現(xiàn)在人們?yōu)榱思o(jì)念這位偉大的科學(xué)家，將計(jì)算機(jī)界的最高獎(jiǎng)定名為“圖靈獎(jiǎng)”。少年圖靈感興趣的是數(shù)學(xué)等學(xué)科，在加拿大他開(kāi)始了他的職業(yè)數(shù)學(xué)生涯。在大學(xué)期間，這位學(xué)生似乎對(duì)前人現(xiàn)成的理論并不感興趣，什么東西都要自己來(lái)一次。大學(xué)畢業(yè)后，他前往美國(guó)普林斯頓大學(xué)，也正是在那里，他制造出了以后稱之為圖靈機(jī)的東西。圖靈機(jī)被公認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的原型，這臺(tái)機(jī)器可以讀入一系列的0和1，這些數(shù)字代表了解決某一問(wèn)題所需要的步驟，按這個(gè)步驟走下去，就可以解決某一特定的問(wèn)題。

1936年，圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為“論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用”。在這篇開(kāi)創(chuàng)性的論文中，圖靈給“可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的“圖靈機(jī)(TuringMachine)”的設(shè)想?！皥D靈機(jī)”不是一種具體的機(jī)器，而是一種思想模型，如圖1-16所示，它由三部分組成：一個(gè)控制器，一條可以無(wú)限延伸的帶子和一個(gè)在帶子上左右移動(dòng)的讀/寫(xiě)頭。通過(guò)圖靈機(jī)可制造出一種十分簡(jiǎn)單但運(yùn)算能力極強(qiáng)的計(jì)算裝置，用來(lái)計(jì)算所有能想象得到的可計(jì)算函數(shù)。“圖靈機(jī)”與“馮·諾依曼機(jī)”齊名，被永遠(yuǎn)載入計(jì)算機(jī)的發(fā)展史中。1950年10月，圖靈又發(fā)表了另一篇題為“機(jī)器能思考嗎”的論文，成為劃時(shí)代之作。也正是這篇文章，為圖靈贏得了“人工智能之父”的桂冠。圖1-16圖靈機(jī)模型示意圖大學(xué)畢業(yè)后，圖靈去美國(guó)普林斯頓大學(xué)攻讀博士學(xué)位，還順手發(fā)明過(guò)一個(gè)解碼器。在那里，他遇見(jiàn)了馮·諾依曼，后者對(duì)他的論文極為贊賞，并隨后由此提出了“存儲(chǔ)程序”概念。當(dāng)有人將“電子計(jì)算機(jī)之父”的頭銜戴在馮·諾依曼頭上時(shí)，他謙遜地說(shuō)，真正的計(jì)算機(jī)之父應(yīng)該是圖靈。他倆是計(jì)算機(jī)歷史浩瀚星空中相互映照的兩顆巨星。數(shù)學(xué)家把聰明給了電子計(jì)算機(jī)，電子計(jì)算機(jī)將使數(shù)學(xué)家變得更加聰明。電子計(jì)算機(jī)與其他的工具都不相同：它是人腦的一個(gè)側(cè)面的延伸。電子計(jì)算機(jī)不僅具有非凡的計(jì)算能力，速度之快令人望塵莫及，而且還能夠仿真人的某些思維功能，按照一定的規(guī)則進(jìn)行邏輯判斷和邏輯推理，代替人的部分腦力勞動(dòng)。1976年，數(shù)學(xué)家憑借電子計(jì)算機(jī)去證明四色定理，“依靠機(jī)器完成了人沒(méi)有能夠完成的事情”，轟動(dòng)了整個(gè)國(guó)際數(shù)學(xué)界。電子計(jì)算機(jī)把人的思維更加有效地引向未知領(lǐng)域。僅僅從這個(gè)角度講，也不難認(rèn)識(shí)到電子計(jì)算機(jī)是一項(xiàng)多么偉大的科學(xué)發(fā)明了。

2．計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)時(shí)代

1)第一代(1946～1958)：電子管數(shù)字計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)的邏輯元件采用電子管(見(jiàn)圖1-17)，主存儲(chǔ)器采用汞延遲線、磁鼓、磁芯；外存儲(chǔ)器采用磁帶；軟件主要采用機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言；應(yīng)用以科學(xué)計(jì)算為主。其特點(diǎn)是體積大、耗電大、可靠性差、價(jià)格昂貴、維修復(fù)雜，但它奠定了以后計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。第一代電子計(jì)算機(jī)的五個(gè)基本部分為運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入器和輸出器。運(yùn)算器和控制器采用電子管，存儲(chǔ)器采用電子管和延遲線。圖1-17第一代：電子管(計(jì)算速度為5000～40000次/秒)這一代計(jì)算機(jī)的一切操作，包括輸入、輸出在內(nèi)，都由中央處理機(jī)集中控制。這種計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)技術(shù)方面的計(jì)算?！鞍５贤呖?EDVAC)”是典型的第一代電子計(jì)算機(jī)，其方案實(shí)際上在1945年就完成了，但直到1952年1月才制成。

1949年5月，英國(guó)劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)馮·諾依曼的思想，制成電子延遲存儲(chǔ)自動(dòng)計(jì)算機(jī)“埃迪薩克(EDSAC)”，這是第一臺(tái)帶有存儲(chǔ)程序結(jié)構(gòu)的電子計(jì)算機(jī)。隨后，在1952年1月，由馮·諾依曼設(shè)計(jì)的IAS電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世，諾依曼的設(shè)想終于在這臺(tái)機(jī)器上得到了圓滿的體現(xiàn)。這臺(tái)IAS計(jì)算機(jī)總共只采用了2300個(gè)電子管，但運(yùn)算速度卻比擁有18?000個(gè)電子管的“埃尼阿克”提高了10倍。因此IAS計(jì)算機(jī)被屢屢仿制，并成為諾依曼型電子計(jì)算機(jī)的鼻祖。從1953年起，美國(guó)的IBM公司開(kāi)始批量生產(chǎn)應(yīng)用于科研的大型計(jì)算機(jī)系列，從此電子計(jì)算機(jī)走上了工業(yè)生產(chǎn)之路。1955年，前蘇聯(lián)科學(xué)家也研制出快速大型電子計(jì)算機(jī)，該機(jī)占用機(jī)房面積達(dá)100平方米，共用了5000多個(gè)電子管，平均計(jì)算速度達(dá)7000～8000次每秒。該機(jī)包括一個(gè)能存儲(chǔ)1004個(gè)代碼的專用內(nèi)存儲(chǔ)器。1958年，中國(guó)科學(xué)院也研制出了中國(guó)第一臺(tái)采用電子管的大型快速計(jì)算機(jī)。

2)第二代(1958～1964)：晶體管數(shù)字計(jì)算機(jī)

晶體管(見(jiàn)圖1-18)的發(fā)明推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展。邏輯元件采用了晶體管以后，計(jì)算機(jī)的體積大大縮小，耗電減少，可靠性提高，性能比第一代計(jì)算機(jī)有很大的提高。這一代計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器采用磁芯，外存儲(chǔ)器已開(kāi)始使用更先進(jìn)的磁盤(pán)；軟件有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的高級(jí)語(yǔ)言及其編譯程序，還出現(xiàn)了以批處理為主的操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)開(kāi)始向系列化方向發(fā)展。其應(yīng)用以科學(xué)計(jì)算和各種事務(wù)處理為主，并開(kāi)始用于工業(yè)控制。圖1-18第二代：晶體管(計(jì)算速度為幾十萬(wàn)～百萬(wàn)次/秒)

1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一臺(tái)使用晶體管線路的計(jì)算機(jī)，取名“催迪克(TRADIC)”，裝有800個(gè)晶體管。1955年，美國(guó)在阿塔拉斯洲際導(dǎo)彈上裝備了以晶體管為主要元件的小型計(jì)算機(jī)。10年以后，在美國(guó)生產(chǎn)的同一型號(hào)的導(dǎo)彈中，由于改用集成電路元件，重量只有原來(lái)的1/100，體積與功耗減少到原來(lái)的1/300。

1958年，美國(guó)的IBM公司研制出了第一臺(tái)全部使用晶體管的計(jì)算機(jī)RCA501型。由于第二代計(jì)算機(jī)采用晶體管邏輯元件及快速磁芯存儲(chǔ)器，計(jì)算速度從幾千次每秒提高到幾十萬(wàn)次每秒，主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)量從幾千提高到10萬(wàn)以上。1959年，IBM公司又生產(chǎn)出全部晶體管化的電子計(jì)算機(jī)IBM7090。1958～1964年，晶體管電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了大范圍的發(fā)展過(guò)程。從印刷電路板到單元電路和隨機(jī)存儲(chǔ)器，從運(yùn)算理論到程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，不斷的革新使晶體管電子計(jì)算機(jī)日臻完善。1961年，世界上最大的晶體管電子計(jì)算機(jī)ATLAS安裝完畢。1964年，中國(guó)研制出了第一臺(tái)全晶體管電子計(jì)算機(jī)441-B型。第一代電子計(jì)算機(jī)使用的是“定點(diǎn)運(yùn)算制”，參與運(yùn)算的絕對(duì)值必須小于1；而第二代電子計(jì)算機(jī)則增加了浮點(diǎn)運(yùn)算，使數(shù)據(jù)的絕對(duì)值可達(dá)到2的幾十次方或幾百次方，使電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)了一次飛躍。同時(shí)，用晶體管取代電子管使第二代電子計(jì)算機(jī)的體積大大減小，壽命延長(zhǎng)，價(jià)格降低，為電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

3)第三代(1964～1971)：集成電路數(shù)字計(jì)算機(jī)

20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)的邏輯元件采用小、中規(guī)模集成電路(見(jiàn)圖1-19)，計(jì)算機(jī)的體積更加小型化、耗電量更少、可靠性更高，性能比第二代計(jì)算機(jī)又有了很大的提高。這時(shí)，小型機(jī)也蓬勃發(fā)展起來(lái)，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。主存儲(chǔ)器仍采用磁芯，軟件逐漸完善，分時(shí)操作系統(tǒng)、會(huì)話式語(yǔ)言等多種高級(jí)語(yǔ)言都有新的發(fā)展。圖1-19第三代：集成電路(計(jì)算速度為百萬(wàn)～幾百萬(wàn)次/秒)

1958年，世界上第一個(gè)集成電路誕生時(shí)，只包括一個(gè)晶體管、兩個(gè)電阻和一個(gè)電阻—電容網(wǎng)絡(luò)。后來(lái)集成電路工藝日趨完善，集成電路所包含的元件數(shù)量以每1～2年翻一番的速度增長(zhǎng)著。發(fā)展到20世紀(jì)70年代初期，大部分電路元件都已經(jīng)以集成電路的形式出現(xiàn)了。甚至，在像指甲那樣大的約1平方厘米的芯片上，就可以集成上百萬(wàn)個(gè)電子元件。因?yàn)樗雌饋?lái)只是一塊小小的硅片，所以人們常把它稱為芯片。與晶體管相比，集成電路的體積更小，功耗更低，而可靠性更高，造價(jià)更低廉，因此得到迅速發(fā)展。

1964年4月7日，美國(guó)IBM公司同時(shí)在14個(gè)國(guó)家、全美63個(gè)城市宣告，世界上第一個(gè)采用集成電路的通用計(jì)算機(jī)系列IBM360系統(tǒng)研制成功，該系列有大、中、小型計(jì)算機(jī)共6個(gè)型號(hào)，它兼顧了科學(xué)計(jì)算和事務(wù)處理兩方面的應(yīng)用，各種機(jī)器全都相互兼容，適用于各方面的用戶，具有全方位的特點(diǎn)，正如羅盤(pán)有360°刻度一樣，所以取名為360。它的研制開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)高達(dá)50億美元，是研制第一顆原子彈的曼哈頓計(jì)劃的2.5倍。IBM360系統(tǒng)是最早使用集成電路元件的通用計(jì)算機(jī)系列，它開(kāi)創(chuàng)了民用計(jì)算機(jī)使用集成電路的先例，計(jì)算機(jī)從此進(jìn)入了集成電路時(shí)代。IBM360成為第三代計(jì)算機(jī)的里程碑。

4)第四代(1971年以后)：大規(guī)模集成電路數(shù)字計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)的邏輯元件和主存儲(chǔ)器都采用了大規(guī)模集成電路(見(jiàn)圖1-20)。所謂大規(guī)模集成電路，是指在單片硅片上集成1000～2000個(gè)以上晶體管的集成電路，其集成度比中、小規(guī)模的集成電路提高了1～2個(gè)以上數(shù)量級(jí)。這時(shí)計(jì)算機(jī)發(fā)展到了微型化、耗電極少、可靠性很高的階段。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)除了向巨型機(jī)方向發(fā)展外，還朝著超小型機(jī)和微型機(jī)方向飛越前進(jìn)。

1971年末，世界上第一臺(tái)微處理器和微型計(jì)算機(jī)在美國(guó)舊金山南部的硅谷應(yīng)運(yùn)而生，它開(kāi)創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。此后各種各樣的微處理器和微型計(jì)算機(jī)如雨后春筍般地研制出來(lái)，潮水般地涌向市場(chǎng)，成為當(dāng)時(shí)首屈一指的暢銷品。這種勢(shì)頭直至今天仍然方興未艾。特別是IBM-PC系列機(jī)誕生以后，幾乎一統(tǒng)世界微型機(jī)市場(chǎng)，各種各樣的兼容機(jī)也相繼問(wèn)世。圖1-20第四代：大規(guī)模集成電路(計(jì)算速度為幾百萬(wàn)～幾億次/秒)進(jìn)入20世紀(jì)60年代后，微電子技術(shù)發(fā)展迅猛。在1967年和1977年，分別出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，并立即在電子計(jì)算機(jī)上得到了應(yīng)用。由大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路組裝成的計(jì)算機(jī)，被稱為第四代電子計(jì)算機(jī)。美國(guó)ILLIAC-IV計(jì)算機(jī)是第一臺(tái)全面使用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件和存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)的發(fā)展已到了第四代。1975年，美國(guó)阿姆爾公司研制成470V/6型計(jì)算機(jī)，隨后日本富士通公司生產(chǎn)出M-190機(jī)，它們是比較有代表性的第四代計(jì)算機(jī)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)1968年開(kāi)始研制第四代機(jī)，1974年研制成功DAP系列機(jī)。1973年，德國(guó)西門子公司、法國(guó)國(guó)際信息公司與荷蘭飛利浦公司聯(lián)合成立了統(tǒng)一數(shù)據(jù)公司，研制出Unidata7710系列機(jī)。第四代計(jì)算機(jī)的主機(jī)和主存儲(chǔ)器均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，多處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)已顯示出優(yōu)勢(shì)，磁盤(pán)、磁卡和光盤(pán)成為主要的輔助存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已向網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放式、分布式發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件工程的進(jìn)展已使各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助生產(chǎn)、輔助決策、輔助管理、輔助醫(yī)療、輔助教學(xué)等系統(tǒng)發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。預(yù)計(jì)在21世紀(jì)，光電器件、超導(dǎo)器件、生物器件將用于計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)技術(shù)將與通信技術(shù)更緊密地結(jié)合。采用大規(guī)模并行處理(MPP)體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)將得到更快的發(fā)展。人工智能技術(shù)將使計(jì)算機(jī)不僅是處理數(shù)據(jù)的工具，也是處理知識(shí)的助手。人工智能技術(shù)和各種多媒體技術(shù)及幻真(靈境)技術(shù)使計(jì)算機(jī)和用戶之間的距離縮小，在未來(lái)的信息社會(huì)中將建立起和諧的人—機(jī)系統(tǒng)。

3．中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)時(shí)代

華羅庚教授是我國(guó)計(jì)算技術(shù)的奠基人和最主要的開(kāi)拓者之一。當(dāng)馮·諾依曼開(kāi)創(chuàng)性地提出并著手設(shè)計(jì)存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)EDVAC時(shí)，正在美國(guó)Princeton大學(xué)工作的華羅庚教授參觀過(guò)他的實(shí)驗(yàn)室，并經(jīng)常與他討論有關(guān)學(xué)術(shù)問(wèn)題。華羅庚教授1950年回國(guó)，1952年在全國(guó)大學(xué)院系調(diào)整時(shí)，他從清華大學(xué)電機(jī)系物色了閔乃大、夏培肅和王傳英三位科研人員在他任所長(zhǎng)的中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)所內(nèi)建立了中國(guó)第一個(gè)電子計(jì)算機(jī)科研小組。1956年籌建中科院計(jì)算技術(shù)研究所時(shí)，華羅庚教授擔(dān)任籌備委員會(huì)主任。

1)第一代電子管計(jì)算機(jī)的研制(1958～1964年)

我國(guó)從1957年開(kāi)始研制通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，1958年8月1日該機(jī)可以表演短程序運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生。為紀(jì)念這個(gè)日子，該機(jī)定名為八一型數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。該機(jī)在738廠開(kāi)始小量生產(chǎn)，改名為103型計(jì)算機(jī)(即DJS-1型，如圖1-21所示)，共生產(chǎn)了38臺(tái)。圖1-21103機(jī)

1958年5月我國(guó)開(kāi)始了第一臺(tái)大型通用電子計(jì)算機(jī)(104機(jī)，如圖1-22所示)的研制。它以前蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)正在研制的БЭСМ-II計(jì)算機(jī)為藍(lán)本，在前蘇聯(lián)專家的指導(dǎo)幫助下，中科院計(jì)算所、四機(jī)部、七機(jī)部和部隊(duì)的科研人員與738廠密切配合，于1959年國(guó)慶節(jié)前完成了研制任務(wù)。在研制104機(jī)同時(shí)，夏培肅院士領(lǐng)導(dǎo)的科研小組于1960年4月首次自行設(shè)計(jì)研制成功一臺(tái)小型通用電子計(jì)算機(jī)107機(jī)，如圖1-23所示。1964年我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的大型通用數(shù)字電子管計(jì)算機(jī)119機(jī)研制成功，如圖1-24所示。該機(jī)平均浮點(diǎn)運(yùn)算速度為5萬(wàn)次每秒。參加119機(jī)研制的科研人員約有250人，有十幾個(gè)單位參與協(xié)作。圖1-22104機(jī)圖1-23107機(jī)圖1-24119機(jī)

2)第二代晶體管計(jì)算機(jī)的研制(1965～1972年)

我國(guó)在研制第一代電子管計(jì)算機(jī)的同時(shí)，已開(kāi)始研制晶體管計(jì)算機(jī)。1965年研制成功的我國(guó)第一臺(tái)大型晶體管計(jì)算機(jī)(109乙機(jī)，如圖1-25所示)實(shí)際上從1958年起計(jì)算所就開(kāi)始醞釀啟動(dòng)。在國(guó)外禁運(yùn)條件下要造晶體管計(jì)算機(jī)，必須先建立一個(gè)生產(chǎn)晶體管的半導(dǎo)體廠(109廠)。經(jīng)過(guò)兩年努力，109廠就提供了機(jī)器所需的全部晶體管(109乙機(jī)共用2萬(wàn)多個(gè)晶體管，3萬(wàn)多個(gè)二極管)。對(duì)109乙機(jī)加以改進(jìn)，兩年后又推出109丙機(jī)，它為用戶運(yùn)行了15年，有效算題時(shí)間10萬(wàn)小時(shí)以上，在我國(guó)兩彈試驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用，被用戶譽(yù)為“功勛機(jī)”。圖1-25109乙機(jī)我國(guó)工業(yè)部門在第二代晶體管計(jì)算機(jī)研制與生產(chǎn)中已發(fā)揮重要作用。華北計(jì)算所先后研制成功108機(jī)、108乙機(jī)(DJS-6)、121機(jī)(DJS-21)和320機(jī)(DJS-6)，并在738廠等五家工廠生產(chǎn)。哈軍工于1965年2月成功推出了441B晶體管計(jì)算機(jī)并小批量生產(chǎn)了40多臺(tái)。

3)第三代基于中小規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)研制(1973～20世紀(jì)80年代初)

我國(guó)第三代計(jì)算機(jī)的研制受到文化大革命的沖擊。IBM公司1964年推出360系列大型機(jī)是美國(guó)進(jìn)入第三代計(jì)算機(jī)時(shí)代的標(biāo)志，我國(guó)到1970年初期才陸續(xù)推出大、中、小型采用集成電路的計(jì)算機(jī)。1973年，北京大學(xué)與北京有線電廠等單位合作研制成功運(yùn)算速度為100萬(wàn)次每秒的大型通用計(jì)算機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國(guó)高速計(jì)算機(jī)，特別是向量計(jì)算機(jī)有新的發(fā)展。1983年中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所完成我國(guó)第一臺(tái)大型向量機(jī)757機(jī)(如圖1-26所示)，計(jì)算速度達(dá)到1000萬(wàn)次每秒。這一記錄同年就被國(guó)防科大研制的銀河-Ⅰ億次巨型計(jì)算機(jī)打破。銀河-Ⅰ巨型機(jī)(如圖1-27所示)是我國(guó)高速計(jì)算機(jī)研制的一個(gè)重要里程碑，它標(biāo)志著我國(guó)文革動(dòng)亂時(shí)期與國(guó)外拉大的距離又縮小到7年左右(銀河-Ⅰ的參考機(jī)克雷-1于1976年推出)。圖1-26757機(jī)圖1-27銀河-Ⅰ

4)第四代基于超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)研制(20世紀(jì)80年代中期至今)

和國(guó)外一樣，我國(guó)第四代計(jì)算機(jī)的研制也是從微機(jī)開(kāi)始的。1980年初我國(guó)不少單位也開(kāi)始采用Z80、X86和M6800芯片研制微機(jī)。1983年12月電子部六所研制成功與IBMPC機(jī)兼容的DJS-0520微機(jī)。二十多年來(lái)我國(guó)微機(jī)產(chǎn)業(yè)走過(guò)了一段不平凡的道路，現(xiàn)在以聯(lián)想微機(jī)為代表的國(guó)產(chǎn)微機(jī)已占領(lǐng)一大半國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

1992年國(guó)防科大研制成功銀河-Ⅱ通用并行巨型機(jī)，其峰值速度達(dá)4億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算(相當(dāng)于10億次每秒基本運(yùn)算操作)，總體上達(dá)到20世紀(jì)80年代中后期國(guó)際先進(jìn)水平。從90年代初開(kāi)始，國(guó)際上采用主流的微處理機(jī)芯片研制高性能并行計(jì)算機(jī)已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開(kāi)發(fā)中心于1993年研制成功曙光一號(hào)全對(duì)稱共享存儲(chǔ)多處理機(jī)。1995年，國(guó)家智能機(jī)中心又推出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)具有大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)結(jié)構(gòu)的并行機(jī)曙光1000(含36個(gè)處理機(jī))，峰值速度為25億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)際運(yùn)算速度上了10億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算這一高性能臺(tái)階。

1997年國(guó)防科大研制成功銀河-Ⅲ?百億次并行巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它采用可擴(kuò)展分布共享存儲(chǔ)并行處理體系結(jié)構(gòu)，由130多個(gè)處理結(jié)點(diǎn)組成，峰值性能為130億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算，系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到90年代中期國(guó)際先進(jìn)水平。

國(guó)家智能機(jī)中心與曙光公司于1997～1999年先后在市場(chǎng)上推出具有機(jī)群結(jié)構(gòu)的曙光1000A、曙光2000-Ⅰ，曙光2000-Ⅱ超級(jí)服務(wù)器，峰值計(jì)算速度已突破1000億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算，機(jī)器規(guī)模已超過(guò)160個(gè)處理機(jī)。2000年推出浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)3000億次每秒的曙光3000超級(jí)服務(wù)器。2004年上半年推出浮點(diǎn)運(yùn)算速度1萬(wàn)億次每秒的曙光4000超級(jí)服務(wù)器(如圖1-28所示)。圖1-28曙光4000綜觀40多年來(lái)我國(guó)高性能通用計(jì)算機(jī)的研制歷程，從103機(jī)到曙光機(jī)，走過(guò)了一段不平凡的歷程。這里給出國(guó)內(nèi)外標(biāo)志性計(jì)算機(jī)推出的時(shí)間表，見(jiàn)表1-1。其中國(guó)外的代表性計(jì)算機(jī)為ENIAC、IBM7090、IBM360、CRAY-1、IntelParagon、IBMSP-2，國(guó)內(nèi)的代表性計(jì)算機(jī)為103、109乙、150、銀河-Ⅰ、曙光1000、曙光2000。表1-1中外計(jì)算機(jī)研究進(jìn)展對(duì)照表1.4.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是一門實(shí)用性很強(qiáng)、發(fā)展極其迅速的面向廣大社會(huì)的技術(shù)學(xué)科，它建立在數(shù)學(xué)、電子學(xué)(特別是微電子學(xué))、磁學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械等多門學(xué)科的基礎(chǔ)之上。但是，它并不是簡(jiǎn)單地應(yīng)用某些學(xué)科的知識(shí)，而是經(jīng)過(guò)高度綜合形成一整套有關(guān)信息表示、變換、存儲(chǔ)、處理、控制和利用的理論、方法和技術(shù)。計(jì)算機(jī)科學(xué)是研究計(jì)算機(jī)及其周圍各種現(xiàn)象與規(guī)模的科學(xué)，主要包括理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件和人工智能等。計(jì)算機(jī)技術(shù)則泛指計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中所應(yīng)用的技術(shù)方法和技術(shù)手段，包括計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)技術(shù)、軟件技術(shù)、部件技術(shù)、器件技術(shù)和組裝技術(shù)等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，人們迫切需要一種高性能的，即運(yùn)算速度達(dá)到萬(wàn)億次、百萬(wàn)億次甚至于更高的超級(jí)計(jì)算機(jī)，以此解決諸如氣象模擬、流體湍流分析、污染分析、人類染色體、半導(dǎo)體模擬、視學(xué)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、燃燒系統(tǒng)、海洋環(huán)境以及核試驗(yàn)?zāi)M等一類問(wèn)題。具體的例子有，美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心希望提供一臺(tái)擁有百萬(wàn)億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)，美國(guó)能源部已在2000年時(shí)為他提供10萬(wàn)億次量級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)。這些用戶的要求，只有靠規(guī)模并行處理技術(shù)去實(shí)現(xiàn)，只有大規(guī)模并行機(jī)才能勝任。近年來(lái)，美、日兩國(guó)的許多著名巨型機(jī)廠商興起了將傳統(tǒng)向量巨型機(jī)技術(shù)和大規(guī)模并行處理(MPP)技術(shù)相結(jié)合的綜合性處理技術(shù)，以提高系統(tǒng)的性能。向量處理機(jī)高度并行化，既能保持同以往傳統(tǒng)向量巨型機(jī)軟件的兼容性，又能大幅度提高系統(tǒng)運(yùn)算速度。例如，CrayResearch公司的CRAY-YMP系列(如圖1-29所示)、日本富士通公司研制的VPP500等。圖1-29向量巨型機(jī)CrayYMPM90Ziegler在計(jì)算機(jī)大家族中，超級(jí)巨型計(jì)算機(jī)(或超級(jí)計(jì)算機(jī))是計(jì)算技術(shù)發(fā)展的頂峰，它集中了現(xiàn)代高科技之精華，因而國(guó)際上公認(rèn)超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)及其超級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的象征。超級(jí)計(jì)算機(jī)水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家科技、經(jīng)濟(jì)和國(guó)防的綜合實(shí)力，因而發(fā)達(dá)國(guó)家為爭(zhēng)奪超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里的領(lǐng)先地位一直在激烈地競(jìng)爭(zhēng)。近幾年來(lái)，萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)成為世界上的熱點(diǎn)。美國(guó)的HPCC(高性能計(jì)算與通信)計(jì)劃、日本的RWC(真實(shí)世界計(jì)算)計(jì)劃以及“歐洲萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)計(jì)劃”都是圍繞這個(gè)熱點(diǎn)展開(kāi)的。由于美國(guó)和日本的超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展水平遙遙領(lǐng)先，因此，萬(wàn)億次機(jī)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)主要在美、日之間進(jìn)行。

2008年6月18日，第31屆全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500排行榜發(fā)布。本次排行一個(gè)爆炸性的突破，就是運(yùn)算速度達(dá)千萬(wàn)億次每秒的超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)布。美國(guó)能源部位于LosAlamos的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LANL)的Roadrunner系統(tǒng)，以1.026petaflop/s(千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算每秒)的計(jì)算能力位列榜首。超級(jí)計(jì)算機(jī)“Roadrunner”的名字取自新墨西哥州州鳥(niǎo)，其價(jià)值約為1億美元，共經(jīng)過(guò)三個(gè)階段實(shí)施，是世界上第一臺(tái)“混合”超級(jí)計(jì)算機(jī)(如圖1-30所示)，其計(jì)算能力可達(dá)到1?petaflop(一千萬(wàn)億次每秒計(jì)算)，比部署在勞倫斯利物莫國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceLivermoreNationalLab)的目前世界上最快的計(jì)算機(jī)IBM“藍(lán)色基因(BlueGene)”快了1倍。圖1-30超級(jí)計(jì)算機(jī)“Roadrunner”

Roadrunner的速度大約是目前全球其他500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)中領(lǐng)先者的近三倍。Roadrunner大致相當(dāng)于10萬(wàn)臺(tái)目前最快的筆記本型計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力總和，若將與其計(jì)算能力相當(dāng)?shù)墓P記本計(jì)算機(jī)疊加起來(lái)，大概有1.5英里高。

在過(guò)去的10年中，超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力增加了大約1000倍。今天，僅僅3個(gè)Roadrunner3刀片處理單元就可與1998年速度最快的計(jì)算機(jī)相匹敵。對(duì)于一項(xiàng)復(fù)雜的物理學(xué)計(jì)算，在1998年，計(jì)算機(jī)需要花費(fèi)20年的時(shí)間才能夠完成(到現(xiàn)在才剛剛完成了一半)，而如今Roadrunner僅在一周之內(nèi)便能完成。如果汽車油耗在過(guò)去十年中的改進(jìn)速度能夠趕上超級(jí)計(jì)算機(jī)成本和效率的提升速度，那么如今一加侖汽油將可以行駛20萬(wàn)英里。然而，另外一方面，臺(tái)灣的泰安TyphoonPSC(臺(tái)風(fēng)個(gè)人超級(jí)計(jì)算機(jī)，如圖1-31所示)性能強(qiáng)大卻擁有令人心儀的超迷你尺寸。泰安臺(tái)風(fēng)PSC定位于科學(xué)計(jì)算機(jī)與高性能計(jì)算機(jī)(HPC)，有采用AMD皓龍和英特爾P4/PD處理器的型號(hào)，外殼分別被刷成銀或黑色。

2007年11月7日，SSC(ScalableServersCorporation)鼎磊科技在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的精心研發(fā)后，首次正式向大眾發(fā)表基于AMD次世代OpteronCPU的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——flexBlade工作群組超級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)(如圖1-32所示)。flexBlade系統(tǒng)可看做為一臺(tái)單獨(dú)放置在桌邊的個(gè)人超級(jí)計(jì)算機(jī)，或者是SMP架構(gòu)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，亦可作為機(jī)架式集群服務(wù)器。具有靈活且可擴(kuò)展的配置方案，作為通用型的flexBlade由五組雙路刀片服務(wù)器所組成，架構(gòu)性能類似于Cluster、SMP。該平臺(tái)可以依照客戶對(duì)性能需求的不同，從以安靜及低耗電為目標(biāo)的1500?W總耗電升級(jí)為以高性能計(jì)算為目標(biāo)的3000?W總耗電。每個(gè)平臺(tái)都可配置充足的內(nèi)存(每節(jié)點(diǎn)最多16條DIMM插槽，每個(gè)機(jī)箱80條DIMM插槽)、硬盤(pán)容量(有10個(gè)2.5英寸硬盤(pán)和14個(gè)3.5英寸的硬盤(pán))，具有高速Infiniband網(wǎng)絡(luò)交換器及服務(wù)器管理功能，使跨機(jī)箱的系統(tǒng)擴(kuò)充成為可能。圖1-31臺(tái)風(fēng)個(gè)人超級(jí)計(jì)算機(jī)圖1-32flexBlade工作群組超級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)近幾年來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速進(jìn)展，使分布式計(jì)算機(jī)專用互連網(wǎng)有逐漸轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)。ATM技術(shù)是適合于B-ISDN(寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，利用ATM網(wǎng)可將各種類型的計(jì)算機(jī)連接成分布式并行計(jì)算系統(tǒng)。由于ATM具有高帶寬、低延遲等特性，緊耦合的并行處理系統(tǒng)和松耦合的分布式系統(tǒng)的界限逐漸模糊。2007年底華碩EeePC(如圖1-33所示)的發(fā)布給相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了一系列的連鎖沖擊。而在英特爾和威盛等芯片廠商的推波助瀾下，2008年，包括聯(lián)想、惠普、戴爾、Acer、富士通、三星、技嘉、微星、海爾甚至愛(ài)國(guó)者等消費(fèi)電子廠商都公布了生產(chǎn)超低價(jià)便攜機(jī)的計(jì)劃。日前，清華同方聯(lián)手威盛電子在北京推出了imini系列迷你筆記本(如圖1-34所示)的首款產(chǎn)品S1。與以往不同的是，imini系列筆記本隸屬超移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)，只有10英寸的屏幕。S1除了可以當(dāng)成筆記本使用外，還能搖身變成名片大師、移動(dòng)硬盤(pán)、移動(dòng)電源、數(shù)碼伴侶、數(shù)碼相框以及GPS導(dǎo)航儀等其他設(shè)備，其個(gè)性化定制功能搭配威盛超移動(dòng)平臺(tái)，不僅能充分滿足用戶的個(gè)性化需求，也展示了超移動(dòng)計(jì)算機(jī)的魅力。圖1-33華碩EeePC圖1-34imini筆記本

1.5計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件是組成計(jì)算機(jī)的物質(zhì)實(shí)體，而沒(méi)有軟件的計(jì)算機(jī)幾乎不能完成任何功能。實(shí)際呈現(xiàn)在用戶面前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)若干層軟件改造的計(jì)算機(jī)，其功能的強(qiáng)弱也與所配備的軟件有關(guān)。因此一種能夠讓人與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行“溝通”的語(yǔ)言——計(jì)算機(jī)語(yǔ)言就此誕生了，也稱為編程語(yǔ)言。程序設(shè)計(jì)人員利用編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)完成某個(gè)特定任務(wù)的軟件。計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)發(fā)展很快。50年前，計(jì)算機(jī)只能被高素質(zhì)的專家使用，今天，計(jì)算機(jī)的使用非常普遍，甚至沒(méi)有上學(xué)的小孩都可以靈活操作；40年前，文件不能方便地在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行交換，甚至在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的兩個(gè)不同的應(yīng)用程序之間進(jìn)行交換也很困難，今天，網(wǎng)絡(luò)在兩個(gè)平臺(tái)和應(yīng)用程序之間提供了無(wú)損的文件傳輸；30年前，多個(gè)應(yīng)用程序不能方便地共享相同的數(shù)據(jù)，今天，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)使得多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用程序可以互相覆蓋地共享數(shù)據(jù)。了解計(jì)算機(jī)軟件的進(jìn)化過(guò)程，對(duì)理解計(jì)算機(jī)軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要。語(yǔ)言和文字是人類所特有的用來(lái)表達(dá)思想和交流信息的工具，當(dāng)人類試圖用定量的方式來(lái)表達(dá)思想時(shí)，就必然對(duì)計(jì)算的方法和工具提出需求。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展是一個(gè)不斷演化的過(guò)程，其根本的推動(dòng)力就是對(duì)抽象機(jī)制更高的要求以及對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的更好的支持。具體來(lái)說(shuō)，就是把機(jī)器能夠理解的語(yǔ)言提升到也能夠很好地模仿人類思考問(wèn)題的形式。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的演化是從最開(kāi)始的機(jī)器語(yǔ)言到匯編語(yǔ)言，再到各種結(jié)構(gòu)化高級(jí)語(yǔ)言，最后到支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。

1．機(jī)器語(yǔ)言

第一代軟件是用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的。電子計(jì)算機(jī)所使用的是由“0”和“1”組成的二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)發(fā)明之初，人們只能用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言去命令計(jì)算機(jī)干這干那，一句話，就是寫(xiě)出一串串由“0”和“1”組成的指令序列交由計(jì)算機(jī)執(zhí)行。這種語(yǔ)言就是機(jī)器語(yǔ)言。例如計(jì)算2+6在某種計(jì)算機(jī)上的機(jī)器語(yǔ)言指令如下：

1011000000000110

0000010000000010

1010001001010000第一條指令表示將“6”送到寄存器AL中，第二條指令表示將“2”與寄存器AL中的內(nèi)容相加，結(jié)果仍在寄存器AL中，第三條指令表示將AL中的內(nèi)容送到地址為5的單元中。

使用機(jī)器語(yǔ)言是十分痛苦的，特別是在程序有錯(cuò)需要修改時(shí)更是如此。而且，由于每臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)往往各不相同，因此，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的程序，要想在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，必須另編程序。所以，只有少數(shù)專業(yè)人員能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)編寫(xiě)程序，這就大大限制了計(jì)算機(jī)的推廣和使用。用機(jī)器語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)不僅枯燥費(fèi)時(shí)，而且容易出錯(cuò)(如圖1-35所示)。但由于使用的是針對(duì)特定型號(hào)計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，故而運(yùn)算效率是所有語(yǔ)言中最高的。圖1-3520世紀(jì)40年代的編程

2．匯編語(yǔ)言

為了減輕使用機(jī)器語(yǔ)言編程的痛苦，人們進(jìn)行了一種有益的改進(jìn)：用一些簡(jiǎn)潔的英文字母、符號(hào)串來(lái)替代一個(gè)特定指令的二進(jìn)制串，比如，用“ADD”代表加法，“MOV”代表數(shù)據(jù)傳遞等。例如計(jì)算2+6的匯編語(yǔ)言指令如下：

MOVAL，6

ADDAL，2

MOV#5，AL這樣一來(lái)，人們很容易讀懂并理解程序在干什么，糾錯(cuò)及維護(hù)都變得方便了。這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言就稱為匯編語(yǔ)言，即第二代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。然而計(jì)算機(jī)是不認(rèn)識(shí)這些符號(hào)的，這就需要一個(gè)專門的程序，負(fù)責(zé)將這些符號(hào)翻譯成二進(jìn)制數(shù)的機(jī)器語(yǔ)言。這種翻譯程序被稱為匯編程序。匯編語(yǔ)言同樣十分依賴于機(jī)器硬件，移植性不好，但效率仍十分高。針對(duì)計(jì)算機(jī)特定硬件而編制的匯編語(yǔ)言程序，能準(zhǔn)確發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件的功能和特長(zhǎng)，程序精煉而質(zhì)量高，所以至今仍是一種常用而強(qiáng)有力的軟件開(kāi)發(fā)工具。

3．高級(jí)語(yǔ)言

從最初與計(jì)算機(jī)交流的痛苦經(jīng)歷中人們意識(shí)到，應(yīng)該設(shè)計(jì)一種這樣的語(yǔ)言，這種語(yǔ)言接近于數(shù)學(xué)語(yǔ)言或人的自然語(yǔ)言(例如計(jì)算2+6的高級(jí)語(yǔ)言指令就是2+6)，同時(shí)又不依賴于計(jì)算機(jī)硬件，編出的程序能在所有機(jī)器上通用。經(jīng)過(guò)努力，1954年，第一個(gè)完全脫離機(jī)器硬件的高級(jí)語(yǔ)言——FORTRAN問(wèn)世了。40多年來(lái)，共有幾百種高級(jí)語(yǔ)言出現(xiàn)，有重要意義的有幾十種，其中影響較大、使用較普遍的有FORTRAN、ALGOL、COBOL、BASIC、LISP、SNOBOL、PL/1、Pascal、C、PROLOG、Ada、C++、VC、VB、Delphi、JAVA等。高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展也經(jīng)歷了從早期語(yǔ)言到結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，從面向過(guò)程到非過(guò)程化程序語(yǔ)言的過(guò)程。相應(yīng)地，軟件的開(kāi)發(fā)也由最初的個(gè)體手工作坊式的封閉式生產(chǎn)，發(fā)展為產(chǎn)業(yè)化、流水線式的工業(yè)化生產(chǎn)。

4．結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

20世紀(jì)60年代中后期，軟件越來(lái)越多，規(guī)模越來(lái)越大，而軟件的生產(chǎn)基本上是各自為戰(zhàn)，缺乏科學(xué)規(guī)范的系統(tǒng)規(guī)劃與測(cè)試、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，其惡果是大批耗費(fèi)巨資建立起來(lái)的軟件系統(tǒng)，由于含有錯(cuò)誤而無(wú)法使用，甚至帶來(lái)巨大損失。軟件給人的感覺(jué)是越來(lái)越不可靠，以致幾乎沒(méi)有不出錯(cuò)的軟件。這一切，極大地震動(dòng)了計(jì)算機(jī)界，史稱“軟件危機(jī)”。人們認(rèn)識(shí)到：大型程序的編制不同于寫(xiě)小程序，它應(yīng)該是一項(xiàng)新的技術(shù)，應(yīng)該像處理工程一樣處理軟件研制的全過(guò)程。程序的設(shè)計(jì)應(yīng)易于保證正確性，也便于驗(yàn)證正確性。1969年，人們提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。1970年，第一個(gè)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言——Pascal語(yǔ)言出現(xiàn)，標(biāo)志著結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)時(shí)期的開(kāi)始。

5．面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，在軟件設(shè)計(jì)思想上又產(chǎn)生了一次革命，其成果就是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)。在此之前的高級(jí)語(yǔ)言，幾乎都是面向過(guò)程的，程序的執(zhí)行是流水線式的，在一個(gè)模塊被執(zhí)行完成前，人們不能干別的事，也無(wú)法動(dòng)態(tài)地改變程序的執(zhí)行方向。這和人們?nèi)粘Ｌ幚硎挛锏姆绞绞遣灰恢碌模瑢?duì)人而言，是希望發(fā)生一件事就處理一件事，也就是說(shuō)，不能面向過(guò)程，而應(yīng)是面向具體的應(yīng)用功能，也就是對(duì)象(object)。其方法就是軟件的集成化，如同硬件的集成電路一樣，生產(chǎn)一些通用的、封裝緊密的功能模塊，稱之為軟件集成塊，它與具體應(yīng)用無(wú)關(guān)，但能相互組合，完成具體的應(yīng)用功能，同時(shí)又能重復(fù)使用。對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，只關(guān)心它的接口(輸入量、輸出量)及能實(shí)現(xiàn)的功能，至于如何實(shí)現(xiàn)，那是它內(nèi)部的事，使用者完全不用關(guān)心，C++、VB、Delphi就是典型代表。高級(jí)語(yǔ)言的下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)是面向應(yīng)用，也就是說(shuō)只需要告訴程序你要干什么，程序就能自動(dòng)生成算法，自動(dòng)進(jìn)行處理，這就是非過(guò)程化的程序語(yǔ)言。第五代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展過(guò)程中有三個(gè)著名事件：在計(jì)算機(jī)軟件業(yè)具有主導(dǎo)地位的Microsoft公司的崛起、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法的出現(xiàn)以及萬(wàn)維網(wǎng)(WorldWideWeb)的普及。

在這個(gè)時(shí)期，Microsoft公司的Windows操作系統(tǒng)在PC機(jī)市場(chǎng)占有顯著優(yōu)勢(shì)，盡管WordPerfect仍在繼續(xù)改進(jìn)，但Microsoft公司的Word成了最常用的文字處理軟件。20世紀(jì)90年代中期，Microsoft公司將文字處理軟件Word、電子制表軟件Excel、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件Access和其他應(yīng)用程序綁定在一個(gè)程序包中，稱為辦公自動(dòng)化軟件。

6．計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)抽象在現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)思想中占有很重要的地位，未來(lái)語(yǔ)言的發(fā)展將不再依賴一種單純的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)是一種完全面向?qū)ο?、更易表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界、更易為人編寫(xiě)的語(yǔ)言。其使用人員將不再只是專業(yè)的編程人員，人們完全可以用訂制真實(shí)生活中一項(xiàng)工作流程的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成編程。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言發(fā)展的特性包括：

(1)簡(jiǎn)單性。提供最基本的方法來(lái)完成指定的任務(wù)，只需理解一些基本的概念，就可以用它編寫(xiě)出適合于各種情況的應(yīng)用程序。

(2)面向?qū)ο?。提供?jiǎn)單的類機(jī)制以及動(dòng)態(tài)的接口模型。對(duì)象中封裝狀態(tài)變量以及相應(yīng)的方法，實(shí)現(xiàn)了模塊化和信息隱藏；提供了一類對(duì)象的原型，并且通過(guò)繼承機(jī)制，子類可以使用父類所提供的方法，實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用。

(3)安全性。用于網(wǎng)絡(luò)、分布環(huán)境下有安全機(jī)制保證。

(4)平臺(tái)