刘超 电脑发展简介（印刷体）

刘超

计算机的发展简介

人类发展中，所使用的计算工具也是随着生产力的发展和科学技术的进步而发展着。先是算筹、算盘、计算尺、然后是手摇式机械计算机、电动式机械计算机。直到1946年第一台电子管计算机在美国诞生。它有一万多个电子管组成，占地面积170平米，总重30吨，耗电140千瓦/小时，运算速度每秒5千次加法。

计算机在短短五十多年的时间里，经过了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路以及芯片等发展阶段，使其体积和重量越来越小，功能越来越强大，速度越来越快，应用范围越来越广，几乎深入到科技各个领域，普及率越来越高，目前正朝着智能化的第五代机发展。

美国人发明的计算机他们称之为电脑，而苏联和我们则称其为计算机。美国人不仅看到了它的运算之快速，更看到了它的逻辑功能；苏联和我们则只看重了它的快速运算而忽视了它的逻辑功能。更为甚者，我们所有的计算机教科书的前言中都有一段文字：“计算机再神奇也是人造出来的”，以免产生只见物不见人的错误观念。

不要小看称呼上的差异，它影响着长远的发展。美国人的工业软件以及乔布斯的手机都受益于电脑这一称呼的前展性。

在進一步探讨计算机技术之前，必须先要了解二進制。因为没有二進制就不会有计算机。据说二進制是德国人莱布尼茨受中国周易阴阳八卦的启发而发明。为什么二進制对计算机这么重要呢，因为没法研制出有十个稳定状态的器件来完成十進制的计算，而研制具有两个稳定状态的器件则是较容易的。于是就研制出用电子管或晶体管构成的双稳态触发器。它具有两个稳定状态。我们把一种稳定状态看作是1，而将另一个稳定状态看作为0。所以计算机是一个只认识0和1的机器。你在电脑或手机上所看到的文字、图象、视频以及听到的声音都是编程人员折腾这个0和1的结果。

二進制除了容易研制两个稳态的器件之外还有一个独特的优点就是二進制可以把减法运算变成加法运算从而绕开减法借位计算的难题。两个二進制数相减，只要把被减数变成补码然后相加即可，而补码又是反码加1的结果，反码就是1变0，0变1。我们知道乘法是多次加法而除法又是多次减法，所以计算机只做加法运算，再高级的微积分运算也是在做加法运算。计算机只认识0和1，只做加法运算。正是由于二進制这两大独有的特点，才可能使计算机问世。

计算机的核心部份叫中央处理器（CPU），它由指令寄存器、指令运算器，数据寄存器、累加寄存器构成；还有内存以及用于人机交互的键盘、显示器、打印机，还有外存贮器硬盘以及供这些器件运行的电源系统。

中央处理器都是由二极管和三极管以及电阻、电容构成的双稳态触发器以及控制信号走向的各种门电路构成的；还有主脉冲发生器以保证指令的有序进行。

早期计算机的内存是由小米粒大小的小磁环构成的，利用了磁环两个方向的磁化分别表示0和1。磁环价格不贵，但构成内存加工时的穿线极为困难，故内存容量不会很大。

现在的内存巳由芯片替代了。

上面所讲的只是计算机的硬件，是裸机状态，啥也干不了。只有将系统软件和应用软件调入内存並运行才能完成预期的任务。

管理计算机的系统软件“操作系统”和各种应用软件都是在内存中存放并参与运行的。当计算机关电后，内存里的东西就不复存在了，这就必须有一个不受关电影响的外部存储器即硬盘来永久性的存储系统软件和各种应用软件，需要时将其调入内存并运行，来完成预期的任务。早期的计算机没有硬盘，只有磁鼓或磁带，后来有了软盘，可携带但耐久性差可靠性差，然后才有了硬盘。最原始的是穿孔纸帶，需要时用光电输入机将其输入内存。

内存是利用了它的快速性而外存是利用了它的永久保存性。

早期计算机硬件专业需要的基础知识是高等数学、应用电子学、脉冲技术，然后才進入计算机专业技术的学习，主要是双稳态、单稳态触发器；各类放大器以及各种门电路，当然还学习软件的编程以及计算数学的基本知识。

随着科技的不断发展，这个专业应该属于芯片设计的微电子技术了。

计算机的软件主要是系统软件和应用软件。系统软件主要是指操作系统，手机除了操作系统之外还有图形处理系统。应用软件主要是汇编语言、各种高级语言、数据库、文字编辑等软件；甚至各类工业软件也应归属为应用软件。

操作系统主要负责硬、软件资源的管理、程序的控制以及通过命令语言实现人机交互来为用户提供各种服务，並支持各应用软件的运行。

早期的计算机一般的科技人员是不会使用的。他们必须把要计算的任务提交给懂得计算机指令系统的程序设计人员去编写程序，方能完成计算任务，而且不同型号的计算机指令系统又是不一样的。程序设计在当时是一门专业技术，同时他们还要掌握计算数学知识。

如何才能让普通科技人员能直接使用计算机呢？于是就出现了“汇编语言”应用软件，后来又陆续出现了Basic语言、Fortran语言、C语言等高级语言应用软件。

这些高级语言实际上是人机之间的翻译官。不同领域的科技人员用该领域所熟悉的被该高级语言所规范了的语言及符号书写程序，然后由该高级语言翻译成机器能懂得的指令代码程序。高级语言的出现大大方便了普通科技人员对计算机的直接使用。

美国的IBM公司本来是研发大型通用计算机的公司。80年代初该公司鬼使神差地研发出个人电脑即PC机，后来又研发出局域网，然后是广域网。这就使得科技人员不用去机房了，在个人电脑上就可完成自已的任务，同时还可共享网上硬、软件资源。

PC机的推出对计算机的普及推广应用产生了无法估量的作用，这在当时恐怕IBM公司也未曾想到。

在应用软件中，有一类叫做工业软件。它的应用范围覆盖产品的全生命周期，以及企业生产经营的各个环节。现代化生产中各流程都离不开它的参与。

工业软件，分为嵌入式和非嵌入式两类。嵌入式是指嵌入在设备中的硬、软件精密耦合的，用于数据釆集、逻辑的判断、控制运行等功能的软件。如工业控制与通信、能源电子、汽车电子、机器人等。

非嵌入式工业软件按具体应用环节可分为研发设计类、生产控制类、信息管理类。

工业软件也是工业4.0时代实现智能制造的关键。

研发类工业软件包括CAD、CAE、CAM以及芯片研发平台EDA。

CAD是计算机辅助设计软件，可在电脑上实现实体造型。

CAE是计算机辅助工程仿真软件。

CAM是辅助制造软件，可将实体造型分解为数控机床加工数据，控制数控机床完成加工任务。

EDA是芯片设计平台，可称其为芯片之母，没有EDA芯片制造则为零，而光刻机可称为芯片之父。

这些工业软件有的能在通用机或pc机上运行，有的则要在工业用计算机即工作站上运行。

我们国家在工业软件研发上是个“短板”。有专家称其为“断板”、“断命之板”。我们缺乏这方面跨界人才和领军人物。老美若在这方面卡我们，将会比光刻机、芯片更为严重的多的多。

比尔盖茨的功绩在于他所研发的Windows操作系统能够让不懂计算机命令语言的普通百姓，通过点击菜单的方式来使用计算机。

乔布斯的功绩在于他把计算机技术、通讯技术、图形处理技术高度耦合成智能手机，为广大用户提供了广阔的应用空间。

计算机的发展前景：

总体趋势是進一步小型化、巨型化、智能化和快速性。

（1）突破目前以硅介质为基础的芯片技术，走向量子计算机；

（2）实现云计算。云计算算就是用户不需要主机，只有显示器和打印机即可。你的任务是由远端计算机完成的；

（3）通过星链连接直接通过卫星实现通讯；

（4）智能化使其更接近人的自主学习和思考能力；

（5）更進一步扩大应用领域和范围。

我所从事的计算机工作

我72年从航天运载火箭研究院总体部调到航天十三所从事由哈军工计算机研究所设计的，天津电子仪器厂生产的441B计算机的工作。该机是锗晶体管构成的（当时我们还生产不了硅晶体管），内存是磁环构成的，四台磁带机，四台窄行打印机，一台宽行打印机（半吨重，只能打印英文字母、数字和符号），两台光电输入机，人机交互是由电传打字机改装的，可四道程序同时运行，占地面积100多平米。此机运行了10多年。

80年代初，由進出口公司经港商引進了美国的VAX750，可多台终端同时运行，后来与楼上的多台pc机连成了局域网，可共享硬、软件资源。

引進了数据库软件並开始用于人事管理、物资管理、工资管理和发放。

由院出资购置了两台工作站和CAD、CAE工业软件。大大推進了机械设计和电子线路设计的计算机化。

90年代初又引進了HP公司的通用计算机、二台工作站和CAD、CAE工业软件。

刘 超 2023.1.18 完稿