1•第一代电子管计算机
1943 年，第二次世界大战进人后期，因战争的需要，美国国防部批准了由 Pennsyivania 大学
John Mauchly 教授和 John Presper Eckert 工程师提出的建造一台用电子管组成的电子数字积分
机和计算机( Electronic Numerical Integrator And Computer, ENIAC)的计划，用它来解决当时国防
部弹道研究实验室(BRL)开发新武器的射程和检测模拟运算表的难题。当时，由于运算能力不
足,该实验室无法在规定的时间内拿出准确的运算表，严重影响了新武器的制作。
ENIAC 于1946 年交付使用，其首要任务就是完成了一系列测定氢弹可靠性的复杂运算。
ENIAC 采用十进制运算,电路结构十分复杂，使用18000 多个电子管，运行时耗电量达150千
瓦，体积庞大，重量达30吨，占地面积为1500 平方英尺,而且需用手工搬动开关和拔、插电缆来
编制程序，使用极不方便，但它比任何机械计算机快得多，每秒可进行5 000 多次加法运算。
ENIAC 的出现不但实现了制造一台通用计算机的目标，而且标志计算工具进人了一个崭新
的时代，是人类文明发展史中的一个里程碑。仅仅半个世纪，计算机已经使人类社会从工业化社
会发展到了信息化社会。虽然ENIAC 于1955 年正式退役，并陈列于美国国立博物馆供人们参
观，但它的丰功伟绩将永远记载在人类的文明史册中。
1945年,ENIAC 的顾问、数学家冯•诺依曼在为一台新的计算机 EDVAC（电子离散变量计
算机）所制定的计划中首次提出了存储程序的概念，即将程序和数据一起存放在存储器中，使编程更加方便。这个思想几乎同时被科学家图灵（Turing）想到了。
1946年,冯 •诺依曼与他的同行们在 Princeton Institute 进行高级研究时，设计了一台存储程
序的计算机 IAS,可惜因种种原因直到 1952 年 IAS 也未能问世。但IAS 的总体结构从此得到了
认可,并成为后来通用计算机的原型，图2.1就是IAS 计算机的总体结构示意图。它由几部分组
成：一个同时存放指令和数据的主存储器、
一个二进制的算逻运算部件、一个解释存储器中的指
令并能控制指令执行的程序控制部件以及由控制部件操作的1/0 设备
20世纪50年代，美国出现了 Sperry 和IBM 两大制造计
算机的公司,后来又从 Sperry 公司分离出了 UNIVAC 子公司
算逻部件
他们控制着计算机市场。
1947年,Eckert 和 Mauchly 共同建立了生产商用计算机
家市4
器
J/O
设
备
的计算机公司，他们第一个成功的产品是 UNIVAC I(Univer-
程序控制
部件
sal Automatic Computer)，后来 Eckert-Mauchly 公司成为从
Sperry-Rand 公司分离出来的 UNIVAC 子公司，并继续制造了
图 2.1 IAS 计算机结构
一系列产品，姐 UNIVACI及 UNIVAC 1100 系列产品，它们成
为科学和商用计算机的主流产品。同时 IBM 公司在 1953 年推出了首台存储程序的计算机 701
机,1955年又推出了 702 机，使之更适用于科学计算和商业应用，后来形成了700/7000 系列，使
IBM 成为计算机制造商的绝对权威。
自从 ENIAC 问世后，人类为提高电子计算机性能的欲望从末减退过，并在20世纪50年代
初,除美国外,英、法、苏联、日本、意大利等国都相继研制出本国的第
- 合电子计算机，我国也于
1958 年研制成自己的第
一 台电子计算机。可是在这十多年的时间里，计算机的性能并未出现奇
迹般的提高，它的运算速度每秒仅在数千次至上万次左右，其体积虽然不像ENIAC 那样庞大，但
也占了相当大的空间，耗电量也很大。直到20世纪50年代末，计算机技术迎来了第一次大飞跃
的发展机遇，其性能出现了数十倍以至几百倍的提高，这就是用晶体管替代电子管的重大变革。
- 第二代晶体管计算机
1947年在贝尔实验室成功地用半导体硅作为基片，制成了第一个晶体管，它的小体积、低耗
电以及载流子高速运行的特点，使真空管望生莫及。进人20进纪50年代后，全球出现了一场以
晶体管替代电子管的革命，计算机的性能有了很大的提高。以IBM 700/7000 系列为例，晶体管
机7094（1964 年）与电子管机701（1952年)相比，其主存容量从2K宇增加到32飞宇;存储周期
从30 1s下降到.1.4 ps;指令操作码数从24 增加到185;运算速度从每秒上万次提高到每秒 50
万次。7094 机还采用了数据通道和多路转换器等在当时看来是最新的技术，
尽管用晶体管代替电子管已经使电子计算机的面貌焕然一新，但是随着对计算机性能越来
越高的追求,新的计算机所包含的晶体管个数已从一万个左右骤增到数十万个，人们需要把晶体
管、电阻、电容等-
一个个元件都焊接到一块电路板上,再由一块块电路板通过导线连接成一台计
算机。其复杂的工艺不仅严重影响制造计算机的生产效率，更严重的是，由几十万个元件产生几
百万个焊点导致计算机工作的可靠性不高。
随着1958 年微电子学的深人研究,特别是新的光刻技术和设备的成熟，为计算机的发展又
开辟了一个崭新时代
-集成电路时代。
3.第三代集成电路计算机
仔细分析就会发现，计算机的数据存储、数据处理、数据传送以及各类控制功能基本上都是
由具有布尔逻辑功能的各类门电路完成的,而大量的门电路叉都是由晶体管、电阻、电容等搭接
而成，因此,当集成电路制造技术出现后，可以利用光刻技术把晶体管、电阻、电容等构成的单个
电路制作在一块极小(如几个平方微米）的硅片上。进一步发展,实现了将成百上千个这样的门
电路全部制作在一块极小(如几个平方毫米)的硅片上，并引出与外部连接的引线，这样，一次便
能制作成成百上千个相同的门电路，又一次大大地缩小了计算机的体积，大幅度下降了耗电量，
极大地提高了计算机的可靠性。这就是人们称为小规模集成电路(SSI)和中等规模集成电路
(MSI）的第三代计算机，其典型代表为 IBM 的System/360 和DEC 的PDP-8。
1964年,IBM 推出了一个新的计算机系列 System/360，打破了 7000 系列在体系结构方面的
- 些约束。为了推动集成电路技术,改进原来的结构，IBM 投人了大量的人力和物力进行技术开
发,作为回报，它最终占领了大约70%的市场份额，成为计算机制造的最大制造商。
System/360 系列中有不同的机型，但它们又都是互相兼容的，即在某种机型上运行的程序可
以在这一系列中的另一种机型上运行。它们具有类似或相同的指令系统(该系列中低档机的指
令系统可以是高档机指令系统的一个子集），各机型有类似或相同的操作系统，而且随着机器档
次的提高，机器的速度、存储器的容量、I/0端口的数量以及价格都有所增长。
另一种有代表性的机器是 DEC 的PDP -8,它采用总线结构，有迷你机之称。它以低价格、
小体积吸引了不少用户，售价仅16000美元，而当时 System/360 大型机的售价为数十万美元。
PDP-8 使 DEC 迅速发展起来，使其成为继 IBM 之后的第二大计算机制造商。
从1946年的 ENIAC 到 1964年的 IBM System/360，历时不到20年，计算机的发展经历了电
子管一晶体管一集成电路3个阶段，通常称为计算机的3代。显然,早期计算机的更新换代主要
集中体现在组成计算机基本电路的元器件(电子管、品体管、集成电路)上。
第三代计算机之后，人们没有达成定义新一代计算机的一致意见。
