自從1946年2月現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的鼻祖ENIAC(electronic numerical integrator and computer)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)問世以后，短短50年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了巨大的變革。

　　學(xué)術(shù)界經(jīng)常使用器件(硬件)劃分計(jì)算機(jī)的發(fā)展史，如第一代電子管計(jì)算機(jī)(1947～1957)，第二代晶體管計(jì)算機(jī)(1958～1964)，第三代集成電路計(jì)算機(jī)(1964～1972)，第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1972～)，目前提出了所謂的第五代(或新一代)計(jì)算機(jī)。

　　從1946年到50年代后期(1946～1957)為電子管計(jì)算機(jī)時(shí)期。計(jì)算機(jī)的元器件主要由電子管(vacuum tube)組成。其特點(diǎn)是體積龐大、功耗高、運(yùn)算速度較低。如ENIAC占地170m 2 ，重達(dá)30t，功耗為140kW，有18000多個(gè)電子管，每秒鐘能進(jìn)行5000次加法計(jì)算。這一階段，計(jì)算機(jī)主要用于軍事、國(guó)防等尖端技術(shù)領(lǐng)域。除了ENIAC以外，1945年左右，馮?諾依曼等人在研制EDVAC(electronic discrete variable computer)時(shí)，提出了存儲(chǔ)程序(stored-program)概念，奠定了以后計(jì)算機(jī)發(fā)展的基石。IBM公司1954年12月推出的IBM650是第一代計(jì)算機(jī)的代表。從20世紀(jì)50年代后期到60年代中期(1958～1964)為晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)期。自從1947年晶體管(transistor)在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生后，引發(fā)了一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的電子革命。體積小、功耗低、價(jià)格便宜的晶體管取代了電子管，不僅提高了計(jì)算機(jī)的性能，也使計(jì)算機(jī)在科研、商業(yè)等領(lǐng)域內(nèi)廣泛地被應(yīng)用。第二代計(jì)算機(jī)不僅采用了晶體管器件，而且存儲(chǔ)器改用速度更快的磁芯存儲(chǔ)器;與此同時(shí)高級(jí)編程語(yǔ)言和系統(tǒng)軟件的出現(xiàn)，也大大提高了計(jì)算機(jī)的性能和拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。這一時(shí)期計(jì)算機(jī)的代表主要有DEC公司1957年推出的PDP-I、IBM公司于1962年推出的7094以及CDC公司1964年研制成功的CDC6600。1969年CDC公司研制的DCD7600平均速度達(dá)到每秒千萬次浮點(diǎn)運(yùn)算。

　　從20世紀(jì)60年代中期到70年代初期(1965～1972)為集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代。第一代和第二代計(jì)算機(jī)均采用分離器件(discrete component)組成。集成電路(integrated circuit)的出現(xiàn)，宣告了第三代計(jì)算機(jī)的來臨。由于采用了集成電路，使得計(jì)算機(jī)的制造成本迅速下降;同時(shí)因?yàn)檫壿嫼痛鎯?chǔ)器件集成化的封裝，大大提高了運(yùn)行速度，功耗也隨之下降;集成電路的使用，使得計(jì)算機(jī)內(nèi)各部分的互聯(lián)更加簡(jiǎn)單和可靠，計(jì)算機(jī)的體積也進(jìn)一步縮小。這一時(shí)期的代表為IBM的system/360和DEC的PDP-8。

　　三、計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

　　實(shí)際應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的一個(gè)整體系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的所有實(shí)體部件的集合，通常這些部件由電路(電子元件)、機(jī)械等物理部件組成，它們都是看得見摸得著的，故通常稱為“硬件”。計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)也可以稱為馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)，它由五大部件組成:主機(jī)部分由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器組成，外設(shè)部分由輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成，其中核心部分部件是運(yùn)算器。

　　計(jì)算機(jī)硬件之間的連接線路分為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與總線結(jié)構(gòu)，這里主要介紹總線(BUS)結(jié)構(gòu)。總線結(jié)構(gòu)有如下幾種形式:

　　1.以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu)

　　所謂總線實(shí)際上是一組并行的導(dǎo)線，導(dǎo)線的數(shù)目和計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)相同，數(shù)據(jù)和指令通過總線傳送。

　　2.以存儲(chǔ)器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)

　　3.單總線結(jié)構(gòu)

　　主要部件功能:

　　1.運(yùn)算器

　　運(yùn)算器是完成二進(jìn)制編碼的算術(shù)或邏輯運(yùn)算的部件。運(yùn)算器由累加器(用符號(hào)L A )、通用寄存器(用符號(hào)L B )和算術(shù)邏輯單元(用符號(hào)ALU)組成，核心是算術(shù)邏輯單元。

　　2.存儲(chǔ)器

　　在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器包括內(nèi)存儲(chǔ)器(又叫主存儲(chǔ)器或隨機(jī)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存)、外存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器以及寄存器等。隨機(jī)存儲(chǔ)器是按地址存取數(shù)據(jù)的，若地址總線共有20條地址線(A 0 ～A 19 )，即有20個(gè)二進(jìn)制位，可形成2 20 =1048576個(gè)地址(1兆地址)。

　　3.控制器

　　控制器由三大部件組成，它們是指令部件、時(shí)序部件和操作控制部件。

　　(1)指令部件

　　指令部件包括程序計(jì)數(shù)器PC，指令寄存器IR和指令譯碼器ID。

　　(2)時(shí)序部件

　　時(shí)序部件產(chǎn)生定時(shí)節(jié)拍，一般由時(shí)鐘信號(hào)源、節(jié)拍發(fā)生器及微操作電路組成。

　　2.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)既可以認(rèn)為是一個(gè)系統(tǒng)軟件也可以認(rèn)為是一個(gè)通用的應(yīng)用軟件。目前有三種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，故可存放三種模型的數(shù)據(jù)，這三種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)分別為層次數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是通過通信線路連接的硬件、軟件與數(shù)據(jù)集合的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從硬件來說，除計(jì)算機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)以外，還有如服務(wù)器(也可用一臺(tái)計(jì)算機(jī))，網(wǎng)絡(luò)適配器，終端控制器以及網(wǎng)絡(luò)連接器等硬件設(shè)備;從軟件來說，有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通信及協(xié)議軟件，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。

　　4.高級(jí)語(yǔ)言及語(yǔ)言處理器

　　用戶用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序稱源程序，源程序不能由計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行，必須翻譯成機(jī)器能執(zhí)行的語(yǔ)言———機(jī)器語(yǔ)言，這種翻譯是由機(jī)器自動(dòng)翻譯的，“譯員”稱編譯程序或編譯器，當(dāng)源程序輸入計(jì)算機(jī)后，調(diào)用編譯程序編譯成機(jī)器語(yǔ)言(稱目標(biāo)程序)，然后執(zhí)行。還有一種語(yǔ)言處理程序叫解釋程序，輸入一條語(yǔ)句，翻譯一條。現(xiàn)在已出現(xiàn)了第4代語(yǔ)言(4GL)和計(jì)算機(jī)輔助軟件工具CASE。

　　5.常用的通用軟件

　　在數(shù)據(jù)處理、事務(wù)處理、報(bào)表處理中有許多通用軟件，如字處理軟件WPS、WORD，報(bào)表處理軟件LOTUS1-2-3等。

　　五、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示

　　1.二進(jìn)位計(jì)數(shù)制

　　引入二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和性能具有如下的優(yōu)點(diǎn):

　　(1)技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易。

　　(2)二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單。

　　(3)計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)的0、1數(shù)碼與邏輯代數(shù)變量值0與1吻合，所以二進(jìn)制同時(shí)可以使計(jì)算機(jī)方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算。

　　(4)二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系亦不復(fù)雜。

　　2.進(jìn)位計(jì)數(shù)制相互轉(zhuǎn)換

　　十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù):

　　十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，因整數(shù)部分與小數(shù)部分轉(zhuǎn)換算法不同，需要分別進(jìn)行。