演算法驅動的成長史

❶ 計算機的歷史與未來

現代計算機出現之前的發展史～～

公元前至1200前，在 Sumer 一些有文化的居民把他們的商業事務記錄在陶土碑上。
公元前3000年，算盤在巴比倫被發明。
公元前250至230年，The Sieve of Eratosthenes用來決定質數。
大約西元79年，"The Antikythera Device」當根據緯度及星期的日子正確地調校好，就能得出輪流出現29及30日的農歷月份。
大約1300 年，用金屬線及小珠子做的算盤取代了中國的計算桿。算盤被當時的商人用作計算商業事務的往來。
1612 至1614 年，John Napier 用小數點，發明對數及用數字的棒計數。
1622 年William Oughtred根據 Napier的對數表發明圓形的計算尺，准確度只有3個位，但對很多工作已達到足夠的准確度。
1642至1643年，巴斯卡(Blaise Pascal)為了幫助做收稅員的父親，他就發明了一個用齒輪運作的加法器，叫 「Pascalene」 ，這是第一部機械加法器。 這個 「Pascalene」 有八個可動的刻度盤，最多可把八位長的數字加起來。
機械加法器

1666 年，在英國 Samuel Morland 發明了一部可以計算加數及減數的機械計數機。
1673 年 Gottfried Leibniz 製造了一部踏式 (stepped) 圓柱形轉輪的計數機，叫 「Stepped Reckoner」 ，這部計算機可以把重覆的數字相乘，並自動地加入加數器裏。
1694 年德國數學家， Gottfried Leibniz ，把巴斯卡的 Pascalene 改良，製造了一部可以計算乘數的機器，它仍然是用齒輪及刻度盤操作。
1773 年 Philipp-Matthaus 製造及賣出了少量精確至 12 位的計算機器。
電腦歷史1773年
1775 年 The third Earl of Stanhope 發明了一部與 Leibniz 相似的乘法計算機。
1786 年 J.H.Mueller 設計了一部差分機，可惜沒有撥款去製造。
1801 年 Joseph-Marie Jacquard 的織布機是用連接按序的打孔卡控制編織的樣式。
打孔卡織布機

1811年Luddites 破壞這些令人們失業的機器。
1820年托馬斯計算尺 (The Thomas Arithmometer) ，在法國科學學會發表。它是根據 Leibniz 的踏式鼓 (stepped-drum) 原理而製成。它是第一部大量生產的計算機，可以計算乘數，如得到用者協肋更可計算除數。這機器售賣了約90 年。
1822年巴培格(Charles Babbage) 開始設計及製造差分機(Difference Engine)。這部差分機是用蒸氣啟動的而且體積十分龐大，它有一貯存程式，可以進行計算並把結果自動地印出來。
巴培格及其設計的差分機

1829年 Willian Austin Burt 取得一部切合實際但笨拙的打字機的專利權，這是美國第一部書寫機器。
1832年巴培格和 Joseph Clement 製造了差分機的雛型。
1833至1835年巴培格把目標轉去設計分析機，由於分析機有現代電腦的基本元件，所以巴培格被稱為「電腦之父」。
1838年1月Samuel Morse 和 Alfred Vail 發表電報系統的元件。
1842年Augusta Ada Byron，Countess of Lovelace 把 Luigi Menabrea 有關分析機的小冊子翻譯並加上自己的註解，成為第一個程序編寫員(programmer)
Ada的簡介及照片

1843 年 Scheutz 與他的兒子 Edvard Scheutz 製造了一部第三階 (3 rd order) 差分機。
1844 年 Samuel Morse 由華盛頓傳送一封電服去巴爾的摩，美國馬里蘭州的一個城市。
1847 至1849年巴培格完作二十一幅差分機改良版的構圖，可以操作第七階相差(7th order) 相差及31 位數宇。但因沒有人贊助，所以這台機器並沒有完成。

1854年 George Boole 出版 "An Investigation of the Laws of Thought」，是講述符號及邏輯理由，它後來成為電腦設計的基本概念。
1858年一條電報電�第一次跨越大西洋，並且提供了幾日的服務。
1861年一條跨越大陸的電報線把大西洋和太平洋沿岸連接起來。
1876 年 Alexander Graham Bell 發明了電話並取得專利權。
1876至1878年 Baron Kelvin 製造了一部泛音分析機及潮汐預測機。
1882年 William S. Burroughs 辭去在銀行文員的工作，並專注於加數器的發明。
1889 年Herman Hollerith 的電動製表機在比賽中有出色的表現，並被用於 1890 中的人口調查。 Herman Hollerith 採用了Jacquard 織布機的概念用來計算，他用咭貯存資料， 然後注入機器內編譯結果。這機器使本來需要十年時間才能得到的人口調查結果，在短短六星期內做到。
電腦歷史1890年

1893 年第一部四功能計算機被發明。
1895 年 Guglielmo Marconi 傳送廣播訊號。
1896 年 Hollerith 成立製表機器公司(Tabulating Machine Company)。
1901 年打孔鍵出現，之後的半個世紀只有很少的改變。
1904 年John A.Fleming 取得真空二極體的專利權，為無線電通訊建立基礎。
1906 年 Lee de Foredt 加了一個第三活門在Felming 的二極體， 創制了三電極真空管。
1907 年唱片音樂在紐約組成第一間正式的電台。
1908年英國科學家 Campbell Swinton �述了電子掃描方法及預示用陰極射線管製造電視。
1911年 Hollerith 的表機公司與其他兩間公司合並，組成 Computer Tabulating Recording Company (C-T-R)，製表及錄制公司。但在1924年，改名為International Business Machine Corporation (IBM)。
1911年荷蘭物理學家 Kamerlingh Onnes 在 Leiden Unversity 發現超導電。
1931年 Vannever Bush 發明了一部可以解決差分程式的計數機，這機器可以解決一些令數學家，科學家頭痛的復雜差分程式。
1935 年 IBM (International Business Machine Corporation) 引入 "IBM 601」，它是一部有算術部件及可在1秒鍾內計算乘數的穿孔咭機器。
它對科學及商業的計算起很大的作用。總共製造了1500 部。
1937年Alan Turing 想出了一個 "通用機器(Universal Machine)」 的概念，可以執行任何的演算法，形成了一個"可計算(computability)」的基本概念。Turing 的概念比其他同類型的發明為好，因為他用了符號處理(symbol processing) 的概念。
1938 年 Konrad Zuse 完成了一部可編寫程式的二進制機械，原名叫「 V1」，後來改稱為 「Z1」。這計數機用浮點操作，有 7 個位元的指數，16 個位元的尾數，以及一個正負唬位元。存貯器是用滑動的金屬部份貯存16個數字，運作得很理想，但算術部件就不太成功。程式由穿孔帶讀取 (不是紙帶，是 35MM的電影菲林)，數據可以用一個數字鍵盤輸入，而輸出就顥示在一電燈上。
電腦歷史1935-38年及Konrad Zuse照片

1939年11月John Vincent Atannsoff 與 John Berry 製造了一部16位元加數器。 它是第一部用真空管計算的機器。
1939年Zuse 與 Schreyer 開鈶製造了"V2」［後來叫Z2］，這機器沿用 Z1的機械貯存器，加上一個用斷電器邏輯(Relay Logic)的新算術部件。但當 Zuse完成草稿後，這計劃被中斷一年。
1939-40年 Schreyer 完成了用真空管的10位元加數器，以及用氖氣燈(霓虹燈)的存貯器。
1940年1月在 Bell Labs, Samuel Williams 及Stibitz 完成了一部可以計算復雜數字的機器， 叫「復雜數字計數機(Complex Number Calculator)」，後來改稱為「斷電器計數機型號I (Model I Relay Calculator)」 。它用電話開關部份做邏輯部件：145個斷電器，10個橫杠開關。數字用「Plus 3BCD」代表。在同年9月，電傳打字 etype 安裝在一個數學會議裏，由New Hampshire 連接去紐約。
1940年 Zuse 終於完成 Z2，它比運作得更好，但不是太可靠。
1941年夏季，Atanasoff 及 Berry 完成了一部專為解決聯立線性方程系統(system of simultaneous linear equations) 的計算機，後來叫做"ABC (Atanasoff-Berry Computer)」，它有 60 個 50位元的存貯器，以電容器(capacitories) 的形式安裝在2個旋轉的鼓上，時鍾速度是60Hz。
1941年2月 Zuse 完作"V3」(後來叫Z3)，是第一部操作中可編寫程式的計數機。它亦是用浮點操作，有7個位的指數，14位元的尾數，以及一個正負號。存貯器可以貯存64個字，所以需要1400個斷電器。它有多於1200個的算術及控制部件，而程式編寫，輸入，輸出的與 Z1 相同。
1943年1月 Howard H. Aiken完成"ASCC Mark I」(自動按序控制計算機 Mark I ，Automatic Sequence -- Controlled Calculator Mark I)，亦稱「Haward Mark I」。這部機器有51尺長，重5頓，由 750,000部份合並而成。它有72個累加器，每一個有自己的算術部件，及23位數的寄存器。
1943年12月 Tommy Flowers與他的隊伍，完成第一部「Colossus」，它有2400個真空管用作邏輯部件，5 個紙帶圈讀取器(reader)，每個可以每秒工作5000字元。

1947年 William Shockley ，John Bardeen以及 Walter Brattain發明了一轉移電阻 (transfer resistance)，後來稱為晶體管，它使電腦有很大的改革，並且比真空管更可靠。

計算機的歷史

計算機是新技術革命的一支主力，也是推動社會向現代化邁進的活躍因素。計算機科學與技術是第二次世界大戰以來發展最快、影響最為深遠的新興學科之一。計算機產業已在世界范圍內發展成為一種極富生命力的戰略產業。

現代計算機是一種按程序自動進行信息處理的通用工具,它的處理對象是信息，處理結果也是信息。利用計算機解決科學計算、工程設計、經營管理、過程式控制制或人工智慧等各種問題的方法，都是按照一定的演算法進行的。這種演算法是定義精確的一系列規則，它指出怎樣以給定的輸入信息經過有限的步驟產生所需要的輸出信息。

信息處理的一般過程，是計算機使用者針對待解抉的問題,事先編製程序並存入計算機內，然後利用存儲程序指揮、控制計算機自動進行各種基本操作，直至獲得預期的處理結果。計算機自動工作的基礎在於這種存儲程序方式，其通用性的基礎則在於利用計算機進行信息處理的共性方法。

計算機的歷史

現代計算機的誕生和發展 現代計算機問世之前，計算機的發展經歷了機械式計算機、機電式計算機和萌芽期的電子計算機三個階段。

早在17世紀，歐洲一批數學家就已開始設計和製造以數字形式進行基本運算的數字計算機。1642年，法國數學家帕斯卡採用與鍾表類似的齒輪傳動裝置，製成了最早的十進制加法器。1678年，德國數學家萊布尼茲製成的計算機，進一步解決了十進制數的乘、除運算。

英國數學家巴貝奇在1822年製作差分機模型時提出一個設想，每次完成一次算術運算將發展為自動完成某個特定的完整運算過程。1884年，巴貝奇設計了一種程序控制的通用分析機。這台分析機雖然已經描繪出有關程序控制方式計算機的雛型，但限於當時的技術條件而未能實現。

巴貝奇的設想提出以後的一百多年期間，電磁學、電工學、電子學不斷取得重大進展，在元件、器件方面接連發明了真空二極體和真空三極體；在系統技術方面，相繼發明了無線電報、電視和雷達……。所有這些成就為現代計算機的發展准備了技術和物質條件。

與此同時，數學、物理也相應地蓬勃發展。到了20世紀30年代，物理學的各個領域經歷著定量化的階段，描述各種物理過程的數學方程，其中有的用經典的分析方法已根難解決。於是，數值分析受到了重視，研究出各種數值積分，數值微分，以及微分方程數值解法，把計算過程歸結為巨量的基本運算，從而奠定了現代計算機的數值演算法基礎。

社會上對先進計算工具多方面迫切的需要，是促使現代計算機誕生的根本動力。20世紀以後，各個科學領域和技術部門的計算困難堆積如山，已經阻礙了學科的繼續發展。特別是第二次世界大戰爆發前後，軍事科學技術對高速計算工具的需要尤為迫切。在此期間，德國、美國、英國部在進行計算機的開拓工作，幾乎同時開始了機電式計算機和電子計算機的研究。

德國的朱賽最先採用電氣元件製造計算機。他在1941年製成的全自動繼電器計算機Z-3，已具備浮點記數、二進制運算、數字存儲地址的指令形式等現代計算機的特徵。在美國，1940～1947年期間也相繼製成了繼電器計算機MARK-1、MARK-2、Model-1、Model-5等。不過，繼電器的開關速度大約為百分之一秒，使計算機的運算速度受到很大限制。

電子計算機的開拓過程，經歷了從製作部件到整機從專用機到通用機、從「外加式程序」到「存儲程序」的演變。1938年，美籍保加利亞學者阿塔納索夫首先製成了電子計算機的運算部件。1943年，英國外交部通信處製成了「巨人」電子計算機。這是一種專用的密碼分析機，在第二次世界大戰中得到了應用。

1946年2月美國賓夕法尼亞大學莫爾學院製成的大型電子數字積分計算機(ENIAC)，最初也專門用於火炮彈道計算，後經多次改進而成為能進行各種科學計算的通用計算機。這台完全採用電子線路執行算術運算、邏輯運算和信息存儲的計算機，運算速度比繼電器計算機快1000倍。這就是人們常常提到的世界上第一台電子計算機。但是，這種計算機的程序仍然是外加式的，存儲容量也太小，尚未完全具備現代計算機的主要特徵。

新的重大突破是由數學家馮·諾伊曼領導的設計小組完成的。1945年3月他們發表了一個全新的存儲程序式通用電子計算機方案—電子離散變數自動計算機(EDVAC)。隨後於1946年6月，馮·諾伊曼等人提出了更為完善的設計報告《電子計算機裝置邏輯結構初探》。同年7～8月間，他們又在莫爾學院為美國和英國二十多個機構的專家講授了專門課程《電子計算機設計的理論和技術》，推動了存儲程序式計算機的設計與製造。

1949年，英國劍橋大學數學實驗室率先製成電子離散時序自動計算機(EDSAC)；美國則於1950年製成了東部標准自動計算機(SFAC)等。至此，電子計算機發展的萌芽時期遂告結束，開始了現代計算機的發展時期。

在創制數字計算機的同時，還研製了另一類重要的計算工具——模擬計算機。物理學家在總結自然規律時，常用數學方程描述某一過程；相反，解數學方程的過程，也有可能採用物理過程模擬方法，對數發明以後，1620年製成的計算尺，己把乘法、除法化為加法、減法進行計算。麥克斯韋巧妙地把積分(面積)的計算轉變為長度的測量，於1855年製成了積分儀。

19世紀數學物理的另一項重大成就——傅里葉分析，對模擬機的發展起到了直接的推動作用。19世紀後期和20世紀前期，相繼製成了多種計算傅里葉系數的分析機和解微分方程的微分分析機等。但是當試圖推廣微分分析機解偏微分方程和用模擬機解決一般科學計算問題時，人們逐漸認識到模擬機在通用性和精確度等方面的局限性，並將主要精力轉向了數字計算機。

電子數字計算機問世以後，模擬計算機仍然繼續有所發展，並且與數字計算機相結合而產生了混合式計算機。模擬機和混合機已發展成為現代計算機的特殊品種，即用在特定領域的高效信息處理工具或模擬工具。

20世紀中期以來，計算機一直處於高速度發展時期，計算機由僅包含硬體發展到包含硬體、軟體和固件三類子系統的計算機系統。計算機系統的性能—價格比，平均每10年提高兩個數量級。計算機種類也一再分化，發展成微型計算機、小型計算機、通用計算機(包括巨型、大型和中型計算機)，以及各種專用機(如各種控制計算機、模擬—數字混合計算機)等。

計算機器件從電子管到晶體管，再從分立元件到集成電路以至微處理器，促使計算機的發展出現了三次飛躍。

在電子管計算機時期(1946～1959)，計算機主要用於科學計算。主存儲器是決定計算機技術面貌的主要因素。當時，主存儲器有水銀延遲線存儲器、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓和磁心存儲器等類型，通常按此對計算機進行分類。

到了晶體管計算機時期(1959～1964)，主存儲器均採用磁心存儲器，磁鼓和磁碟開始用作主要的輔助存儲器。不僅科學計算用計算機繼續發展，而且中、小型計算機，特別是廉價的小型數據處理用計算機開始大量生產。

1964年，在集成電路計算機發展的同時，計算機也進入了產品系列化的發展時期。半導體存儲器逐步取代了磁心存儲器的主存儲器地位，磁碟成了不可缺少的輔助存儲器，並且開始普遍採用虛擬存儲技術。隨著各種半導體只讀存儲器和可改寫的只讀存儲器的迅速發展，以及微程序技術的發展和應用，計算機系統中開始出現固件子系統。

20世紀70年代以後，計算機用集成電路的集成度迅速從中小規模發展到大規模、超大規模的水平，微處理器和微型計算機應運而生，各類計算機的性能迅速提高。隨著字長4位、8位、16位、32位和64位的微型計算機相繼問世和廣泛應用，對小型計算機、通用計算機和專用計算機的需求量也相應增長了。

微型計算機在社會上大量應用後，一座辦公樓、一所學校、一個倉庫常常擁有數十台以至數百台計算機。實現它們互連的局部網隨即興起，進一步推動了計算機應用系統從集中式系統向分布式系統的發展。

在電子管計算機時期，一些計算機配置了匯編語言和子程序庫，科學計算用的高級語言FORTRAN初露頭角。在晶體管計算機階段，事務處理的COBOL語言、科學計算機用的ALGOL語言，和符號處理用的LISP等高級語言開始進入實用階段。操作系統初步成型，使計算機的使用方式由手工操作改變為自動作業管理。

進入集成電路計算機發展時期以後，在計算機中形成了相當規模的軟體子系統，高級語言種類進一步增加，操作系統日趨完善，具備批量處理、分時處理、實時處理等多種功能。資料庫管理系統、通信處理程序、網路軟體等也不斷增添到軟體子系統中。軟體子系統的功能不斷增強，明顯地改變了計算機的使用屬性，使用效率顯著提高。

在現代計算機中，外圍設備的價值一般已超過計算機硬體子系統的一半以上，其技術水平在很大程度上決定著計算機的技術面貌。外圍設備技術的綜合性很強，既依賴於電子學、機械學、光學、磁學等多門學科知識的綜合，又取決於精密機械工藝、電氣和電子加工工藝以及計量的技術和工藝水平等。

外圍設備包括輔助存儲器和輸入輸出設備兩大類。輔助存儲器包括磁碟、磁鼓、磁帶、激光存儲器、海量存儲器和縮微存儲器等；輸入輸出設備又分為輸入、輸出、轉換、、模式信息處理設備和終端設備。在這些品種繁多的設備中，對計算機技術面貌影響最大的是磁碟、終端設備、模式信息處理設備和轉換設備等。

新一代計算機是把信息採集存儲處理、通信和人工智慧結合在一起的智能計算機系統。它不僅能進行一般信息處理，而且能面向知識處理，具有形式化推理、聯想、學習和解釋的能力，將能幫助人類開拓未知的領域和獲得新的知識。

計算技術在中國的發展 在人類文明發展的歷史上中國曾經在早期計算工具的發明創造方面寫過光輝的一頁。遠在商代，中國就創造了十進制記數方法，領先於世界千餘年。到了周代，發明了當時最先進的計算工具——算籌。這是一種用竹、木或骨製成的顏色不同的小棍。計算每一個數學問題時，通常編出一套歌訣形式的演算法，一邊計算，一邊不斷地重新布棍。中國古代數學家祖沖之，就是用算籌計算出圓周率在3.1415926和3.1415927之間。這一結果比西方早一千年。

珠算盤是中國的又一獨創，也是計算工具發展史上的第一項重大發明。這種輕巧靈活、攜帶方便、與人民生活關系密切的計算工具，最初大約出現於漢朝，到元朝時漸趨成熟。珠算盤不僅對中國經濟的發展起過有益的作用，而且傳到日本、朝鮮、東南亞等地區，經受了歷史的考驗，至今仍在使用。

中國發明創造指南車、水運渾象儀、記里鼓車、提花機等，不僅對自動控制機械的發展有卓越的貢獻，而且對計算工具的演進產生了直接或間接的影響。例如，張衡製作的水運渾象儀，可以自動地與地球運轉同步，後經唐、宋兩代的改進，遂成為世界上最早的天文鍾。

記里鼓車則是世界上最早的自動計數裝置。提花機原理劉計算機程序控制的發展有過間接的影響。中國古代用陽、陰兩爻構成八卦，也對計算技術的發展有過直接的影響。萊布尼茲寫過研究八卦的論文，系統地提出了二進制算術運演算法則。他認為，世界上最早的二進製表示法就是中國的八卦。

經過漫長的沉寂，新中國成立後，中國計算技術邁入了新的發展時期，先後建立了研究機構，在高等院校建立了計算技術與裝置專業和計算數學專業，並且著手創建中國計算機製造業。

1958年和1959年，中國先後製成第一台小型和大型電子管計算機。60年代中期，中國研製成功一批晶體管計算機，並配製了ALGOL等語言的編譯程序和其他系統軟體。60年代後期，中國開始研究集成電路計算機。70年代，中國已批量生產小型集成電路計算機。80年代以後，中國開始重點研製微型計算機系統並推廣應用；在大型計算機、特別是巨型計算機技術方面也取得了重要進展；建立了計算機服務業，逐步健全了計算機產業結構。

在計算機科學與技術的研究方面，中國在有限元計算方法、數學定理的機器證明、漢字信息處理、計算機系統結構和軟體等方面都有所建樹。在計算機應用方面，中國在科學計算與工程設計領域取得了顯著成就。在有關經營管理和過程式控制制等方面，計算機應用研究和實踐也日益活躍。

計算機科學與技術

計算機科學與技術是一門實用性很強、發展極其迅速的面向廣大社會的技術學科，它建立在數學、電子學 (特別是微電子學)、磁學、光學、精密機械等多門學科的基礎之上。但是，它並不是簡單地應用某些學科的知識，而是經過高度綜合形成一整套有關信息表示、變換、存儲、處理、控制和利用的理論、方法和技術。

計算機科學是研究計算機及其周圍各種現象與規模的科學，主要包括理論計算機科學、計算機系統結構、軟體和人工智慧等。計算機技術則泛指計算機領域中所應用的技術方法和技術手段，包括計算機的系統技術、軟體技術、部件技術、器件技術和組裝技術等。計算機科學與技術包括五個分支學科，即理論計算機科學、計算機系統結構、計算機組織與實現、計算機軟體和計算機應用。

理論計算機學 是研究計算機基本理論的學科。在幾千年的數學發展中，人們研究了各式各樣的計算，創立了許多演算法。但是，以計算或演算法本身的性質為研究對象的數學理論，卻是在20世紀30年代才發展起來的。

當時，由幾位數理邏輯學者建立的演算法理論，即可計算性理論或稱遞歸函數論，對20世紀40年代現代計算機設計思想的形成產生過影響。此後，關於現實計算機及其程序的數學模型性質的研究，以及計算復雜性的研究等不斷有所發展。

理論計算機科學包括自動機論、形式語言理論、程序理論、演算法分析，以及計算復雜性理論等。自動機是現實自動計算機的數學模型，或者說是現實計算機程序的模型，自動機理論的任務就在於研究這種抽象機器的模型；程序設計語言是一種形式語言，形式語言理論根據語言表達能力的強弱分為O～3型語言，與圖靈機等四類自動機逐一對應；程序理論是研究程序邏輯、程序復雜性、程序正確性證明、程序驗證、程序綜合、形式語言學，以及程序設計方法的理論基礎；演算法分析研究各種特定演算法的性質。計算復雜性理論研究演算法復雜性的一般性質。

計算機系統結構 程序設計者所見的計算機屬性，著重於計算機的概念結構和功能特性，硬體、軟體和固件子系統的功能分配及其界面的確定。使用高級語言的程序設計者所見到的計算機屬性，主要是軟體子系統和固件子系統的屬性，包括程序語言以及操作系統、資料庫管理系統、網路軟體等的用戶界面。使用機器語言的程序設計者所見到的計算機屬性，則是硬體子系統的概念結構(硬體子系統結構)及其功能特性，包括指令系統(機器語言)，以及寄存器定義、中斷機構、輸入輸出方式、機器工作狀態等。

硬體子系統的典型結構是馮·諾伊曼結構，它由運算器控制器、存儲器和輸入、輸出設備組成，採用「指令驅動」方式。當初，它是為解非線性、微分方程而設計的，並未預見到高級語言、操作系統等的出現，以及適應其他應用環境的特殊要求。在相當長的一段時間內，軟體子系統都是以這種馮·諾伊曼結構為基礎而發展的。但是，其間不相適應的情況逐漸暴露出來，從而推動了計算機系統結構的變革。

計算機組織與實現 是研究組成計算機的功能、部件間的相互連接和相互作用，以及有關計算機實現的技術，均屬於計算機組織與實現的任務。

在計算機系統結構確定分配給硬子系統的功能及其概念結構之後，計算機組織的任務就是研究各組成部分的內部構造和相互聯系，以實現機器指令級的各種功能和特性。這種相互聯系包括各功能部件的布置、相互連接和相互作用。

隨著計算機功能的擴展和性能的提高，計算機包含的功能部件也日益增多，其間的互連結構日趨復雜。現代已有三類互連方式，分別以中央處理器、存儲器或通信子系統為中心，與其他部件互連。以通信子系統為中心的組織方式，使計算機技術與通信技術緊密結合，形成了計算機網路、分布計算機系統等重要的計算機研究與應用領域。

與計算實現有關的技術范圍相當廣泛，包括計算機的元件、器件技術，數字電路技術，組裝技術以及有關的製造技術和工藝等。

軟體 軟體的研究領域主要包括程序設計、基礎軟體、軟體工程三個方面。程序設計指設計和編製程序的過程，是軟體研究和發展的基礎環節。程序設計研究的內容，包括有關的基本概念、規范、工具、方法以及方法學等。這個領域發展的特點是：從順序程序設計過渡到並發程序設計和分幣程序設計；從非結構程序設計方法過渡到結構程序設計方法；從低級語

❷ 超級計算機的發展歷史

一、計算機的發展歷史：

1、第1代：電子管數字機（1946—1958年）

（1）硬體方面，邏輯元件採用的是真空電子管，主存儲器採用汞延遲線電子管數字計算機、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯；外存儲器採用的是磁帶。軟體方面採用的是機器語言、匯編語言。應用領域以軍事和科學計算為主。

（2）特點是體積大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般為每秒數千次至數萬次）、價格昂貴，但為以後的計算機發展奠定了基礎。

2、第2代：晶體管數字機（1958—1964年）

（1）硬體方的操作系統、高級語言及其編譯程序。應用領域以科學計算和事務處理為主，並開始進入工業控制領域。

（2）特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高（一般為每秒數10萬次，可高達300萬次）、性能比第1代計算機有很大的提高。

3、第3代：集成電路數字機（1964—1970年）

（1）硬體方面，邏輯元件採用中、小規模集成電路（MSI、SSI），主存儲器仍採用磁芯。軟體方面出現了分時操作系統以及結構化、規模化程序設計方法。

（2）特點是速度更快（一般為每秒數百萬次至數千萬次），而且可靠性有了顯著提高，價格進一步下降，產品走向了通用化、系列化和標准化等。應用領域開始進入文字處理和圖形圖像處理領域。

4、第4代：大規模集成電路機（1970年至今）

（1）硬體方面，邏輯元件採用大規模和超大規模集成電路（LSI和VLSI）。軟體方面出現了資料庫管理系統、網路管理系統和面向對象語言等。

（2）特點是1971年世界上第一台微處理器在美國矽谷誕生，開創了微型計算機的新時代。應用領域從科學計算、事務管理、過程式控制制逐步走向家庭。

二、計算工具的演化經歷了由簡單到復雜、從低級到高級的不同階段，從「結繩記事」中的繩結到算籌、算盤計算尺、機械計算機等。它們在不同的歷史時期發揮了各自的歷史作用，同時也啟發了現代電子計算機的研製思想。

三、1946年2月14日，由美國軍方定製的世界上第一台電子計算機「電子數字積分計算機」（ENIAC Electronic Numerical And Calculator）在美國賓夕法尼亞大學問世了。ENIAC（中文名：埃尼阿克）是美國奧伯丁武器試驗場為了滿足計算彈道需要而研製成的，這台計算器使用了17840支電子管，大小為80英尺×8英尺，重達28t（噸），功耗為170kW，其運算速度為每秒5000次的加法運算，造價約為487000美元。

(2)演算法驅動的成長史擴展閱讀：

1、計算機發明者約翰·馮·諾依曼。計算機是20世紀最先進的科學技術發明之一，對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響，並以強大的生命力飛速發展。它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到社會的各個領域，已形成了規模巨大的計算機產業，帶動了全球范圍的技術進步，由此引發了深刻的社會變革，計算機已遍及一般學校、企事業單位，進入尋常百姓家，成為信息社會中必不可少的工具。

2、計算機的應用在中國越來越普遍，改革開放以後，中國計算機用戶的數量不斷攀升，應用水平不斷提高，特別是互聯網、通信、多媒體等領域的應用取得了不錯的成績。1996年至2009 年，計算機用戶數量從原來的630萬增長至6710 萬台，聯網計算機台數由原來的2.9萬台上升至5940萬台。互聯網用戶已經達到3.16 億，無線互聯網有6.7 億移動用戶，其中手機上網用戶達1.17 億，為全球第一位。