1.1.1　计算机发展史

世界上第一台计算机于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生，取名为电子数值积分计算机（electronic numerical integrator and calculator，ENIAC），ENIAC奠定了计算机的发展基础，在计算机发展史上具有划时代的意义，它的问世标志着计算机时代的到来。

自ENIAC问世以来，计算机技术得到了飞速发展。根据计算机的性能和使用的主要元件的不同，一般将计算机的发展划分为以下四个阶段：

第一代计算机（1946—1958年），采用的主要元件是电子管，主要用于科学计算。

第二代计算机（1959—1964年），采用的主要元件是晶体管，具有体积小、重量轻、发热少、速度快、寿命长等优点。除用于科学计算外，还用于数据处理和实时控制等领域。

第三代计算机（1965—1970年），开始采用中小规模的集成电路元件，应用范围扩大到企业管理和辅助设计等领域。

第四代计算机（1971年至今），采用大规模集成电路和超大规模集成电路作为基本电子元件，应用范围主要在办公自动化、数据库管理、图像动画（视频）处理、语音识别、国民经济各领域生产应用和国防系统等领域。

前四代计算机本质的区别在于基本元件的改变，即从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成电路。第五代计算机除基本元件创新外，更注重人工智能技术的应用，是具有“人类思维”能力的智能机器。

计算机未来的发展趋势是巨型化、微型化、网络化、多媒体化和智能化。未来计算机的研究目标是打破计算机现有的体系结构，使得计算机能够具有像人那样的思维、推理和判断能力。尽管传统的、基于集成电路的计算机短时间内不会退出历史舞台，但旨在超越它的光子计算机、生物计算机、超导计算机、纳米计算机和量子计算机正在跃跃欲试。

1.光子计算机

光子（photon）计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长的光表示不同的数据，可快速完成复杂的计算工作。与电子计算机相比，光子计算机具有以下优点：超高速的运算速度、强大的并行处理能力、大存储量、非常强的抗干扰能力等。据推测，未来光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快1000倍以上。

2.生物计算机

生物（DNA）计算机使用生物芯片。生物芯片是用生物工程技术产生的蛋白质分子制成，存储能力巨大，运算速度比当前的巨型计算机还要快10万倍，能量消耗则为其的十亿分之一。由于蛋白质分子具有自组织、自调节、自修复和再生能力，使得生物计算机具有生物体的一些特点，如自动修复芯片发生的故障，还能模仿人脑的思考机制。

3.超导计算机

超导（superconductor）计算机是由特殊性能的超导开关器件、超导存储器等元器件和电路制成的计算机。1911年，荷兰物理学家昂内斯首先发现了超导现象——某些铝系、铌系、陶瓷合金等材料，当它们冷却到接近-273.15℃时，会失去电阻值而成为导体。目前制成的超导开关器件的开关速度比集成电路要快几百倍，电能消耗仅是大规模集成电路的千分之一。

4.纳米计算机

纳米（nanometer）计算机是指将纳米技术运用于计算机领域所研制出的一种新型计算机。纳米技术是从20世纪80年代初发展起来的新的科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。“纳米”本是一个计量单位，1nm=10-9m，大约是氢原子直径的10倍。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比目前的计算机强大，运算速度将是使用硅芯片计算机的1.5万倍。

5.量子计算机

量子（quantum）计算机以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，利用原子的量子特性进行信息处理。由于原子具有在同一时间处于两个不同位置的奇妙特性，即处于量子位的原子既可以代表0或1，也能同时代表0和1以及0和1之间的中间值，故无论从数据存储还是处理的角度，量子位的能力都是晶体管电子位的两倍。目前，量子计算机只能利用大约5个原子做最简单的计算。要想做任何有意义的工作都必须使用数百万个原子，但其高效的运算能力使量子计算机具有广阔的应用前景。

未来的计算机技术将向超高速、超小型、智能化的方向发展。超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。同时计算机还将具备更多的智能成分，将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段（如按键输入、手写输入、语音输入）外，让人能产生身临其境感觉的各种交互设备已经出现，虚拟现实技术就是这一领域发展的集中表现。