计算机组成原理——计算机的发展历史

知识结构

计算机硬件的发展

第一代计算机：电子管计算机

第一代计算机（20世纪40年代中到20世纪50年代末）为电子管计算机，其逻辑元件采用电子管，存储器件为声延迟线或磁鼓。计算机“软件”一词尚未出现，编制程序所用工具为低级语言。电子管计算机体积大、速度慢（每秒千次或万次）、存储器容量小。

第二代计算机：晶体管计算机

第二代计算机（20世纪50年代中后期到20世纪60年代中）为晶体管计算机（1947年美国贝尔实验室发明了晶体管）。这一代计算机除了逻辑元件采用晶体管以外，其内存采用磁芯存储器，外存采用磁鼓与磁带存储器，实现了浮点运算，并提出了变址、中断、I/O处理器等新概念。这时计算机软件出现了多种高级语言及其编译程序。

第三代计算机：集成电路计算机

第三代计算机（20世纪60年代中到20世纪70年代中后期）为集成电路计算机（1958年发明了集成电路使得计算机的逻辑元件与存储器均可由集成电路实现）。这时出现了一系列计算机新技术，包括微程序控制、高速缓存、虚拟存储器和流水线技术等；在软件方面首先实现了操作系统，具有资源调度、人机通信和输入输出控制等功能。

第四代计算机：超大规模集成电路计算机

第四代计算机（20世纪70年代后期开始）为超大规模集成电路计算机。大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路成为计算机的主要器件，且集成度越来越高，出现了微处理器。第四代计算机时期的另一个重要特点是计算机网络的发展与广泛应用。

摩尔定律

摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪，摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年。然而，2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底，之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。

计算机软件的发展

软件的发展受计算机硬件和计算机应用的推动和制约，其发展过程大致分三个阶段。

从第一台计算机上的第一个机器代码程序出现到实用的高级语言出现为第一阶段（1946-1956年）。这时期直接采用机器语言编程，尚未出现软件一词。
从实用的高级程序设计语言出现到软件工程概念出现以前这段时间为第二阶段（1956-1968年）。这时期为了提高编程工作效率，出现了高级语言；为了充分利用处理器、存储器和输入输出等计算机资源，出现了操作系统；为了适应大量的数据处理，出现了数据库及其管理系统。
软件工程出现以后至今一直处于第三阶段。对于一些复杂的大型软件，基于个人和简单团队分工的传统开发方式进行开发不仅效率低、可靠性差，且很难完成，必须采用工程方法才能实现。