1.1　计算机的产生和发展

1.1.1　为什么会产生计算机

第一台电子计算机是在第二次世界大战后不久制成的，那时，随着火炮的发展，弹道计算日益复杂，原有的一些计算机已不能满足使用要求，迫切需要有一种新的快速的计算工具。这样，在一些科学家、工程师的努力下，在当时电子技术已显示出具有记数、计算、传输、存储控制等功能的基础上，电子计算机应运而生，如图1-1所示。

1.1.2　早期的计算机

从第一台电子计算机诞生至今，虽仅约70年的历史，但已经历了“四代”的变革，第一代是电子管计算机，第二代是晶体管计算机，第三代是集成电路计算机，第四代是大规模和超大规模集成电路计算机，如图1-2～图1-5所示。目前正在向第五代——会思考的计算机过渡。

1.1.3　计算机的现状

当前计算机还处于第四代历程中，随着技术的进步和社会的需求，正朝着巨型化、微型化、网络化和智能化方向不断发展。

超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，主要应用于天文、气候、基因科学、核、能源、军事等高科技领域和尖端技术研究领域，是一个国家科研实力的体现。例如，我国首台破千万亿次的“天河一号”一直处于世界前十；而2013年国际超级计算机大会上，中国国防科技大学研制的“天河二号”，以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度夺得头筹，成为全球最快超级计算机。

智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是第五代计算机要实现的目标。智能化的研究领域很多，其中最具代表性的领域是专家系统和机器人。目前已研制出的机器人可以代替人从事危险甚至人类无法触及环境的劳动，例如2012年，总投资达25亿美元的美国“好奇号”火星探测机器人成功着陆火星表面。

微型化首先是指计算机体积越来越小巧，其次也要求性能越来越强大，主要针对个人计算机领域。由于大规模和超大规模集成电路的飞速发展，微处理器芯片连续更新换代，使得“摩尔定律”的寿命一再被延长，对于微型计算机领域来说，普通PC、笔记本型、掌上型、穿戴型等各种微型计算机的功能愈加强大和丰富。尤其是最近两年，穿戴型设备成为一股潮流越来越深入人们的生活。

网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互连起来，按照网络协议相互通信，以达到所有用户都可共享软件、硬件和数据资源的目的。当前社会是一个网络化的社会，尤其是最近几年4G移动网络的发展，给人们的生活带来了巨大的改变，同时也让网络化成为计算机基本能力的一部分。如今计算机网络化的一个发展变化就是各种非传统型计算机的加入，使得计算机的外延也在发生变化，如图1-6所示。

1.1.4　未来计算机的发展趋势

1.量子计算机

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理的量子物理设备，当某个设备是由量子元件组装、处理和计算的是量子信息、运行的是量子算法时，它就是量子计算机，如图1-7所示。

2.神经网络计算机

人脑总体运行速度相当于每秒1000万亿次的计算机功能，可把生物大脑神经网络看作一个大规模并行处理的、紧密耦合的、能自行重组的计算网络。从大脑工作的模型中抽取计算机设计模型，用许多处理机模仿人脑的神经元机构，将信息存储在神经元之间的联络中，并采用大量的并行分布式网络就构成了神经网络计算机。

3.化学生物计算机

在运行机理上，化学生物计算机以化学制品中的微观碳分子做信息载体，实现信息的传输与存储。DNA分子在酶的作用下可以从某基因代码通过生物化学反应转变为另一种基因代码，转变前的基因代码可以作为输入数据，反应后的基因代码可以作为运算结果，利用这一过程可以制成新型的化学生物计算机（见图1-8）。化学生物计算机最大的优点是生物芯片的蛋白质具有生物活性，能够跟人体的组织结合在一起，特别是可以和人的大脑和神经系统有机地连接，使人机接口自然吻合，免除了烦琐的人机对话，这样，化学生物计算机就可以听人指挥，成为人脑的外延或扩充部分，还能够从人体的细胞中吸收营养来补充能量，不需要任何外界的能源，由于化学生物计算机的蛋白质分子具有自我组合的能力，从而使化学生物计算机具有自调节能力、自修复能力和自再生能力，更易于模拟人类大脑的功能。

4.光计算机

光计算机是用光子代替半导体芯片中的电子，以光互连来代替导线制成数字计算机。与电的特性相比光具有无法比拟的各种优点：光计算机是“光”导计算机，光在光介质中以许多个波长不同或波长相同而振动方向不同的光波传输，不存在寄生电阻、电容、电感和电子相互作用问题，光器件又无电位差，因此光计算机的信息在传输中畸变或失真小，可在同一条狭窄的通道中传输数量大得难以置信的数据。

1.1.5　魅力人物

1.冯·诺依曼：现代电子计算机之父

（1）主要事迹

冯·诺依曼（John von Neumann，1903—1957年，图1-9），20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论和核武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一，被称为“计算机之父”和“博弈论之父”。

冯·诺依曼原籍匈牙利，布达佩斯大学哲学博士，先后执教于柏林大学和汉堡大学。1930年前往美国，后入美国籍。历任普林斯顿大学、普林斯顿高级研究所教授，美国原子能委员会会员，美国全国科学院院士。早期以算子理论、量子理论、集合论等方面的研究闻名，开创了冯·诺依曼代数。第二次世界大战期间为第一颗原子弹的研制做出了贡献。为研制电子数学计算机提供了基础性的方案。1944年与摩根斯特恩（Oskar Morgenstern）合著《博弈论与经济行为》，是博弈论学科的奠基性著作。晚年，研究自动机理论，著有对人脑和计算机系统进行精确分析的著作——《计算机与人脑》。

冯·诺依曼主要著作有《量子力学的数学基础》（1926年）、《计算机与人脑》（1958年）、《经典力学的算子方法》《博弈论与经济行为》（1944年）、《连续几何》（1960年）等。

（2）点评

20世纪最伟大的全才之一。

2.阿兰·图灵：计算机科学之父

（1）主要事迹

阿兰·图灵是英国著名数学家、逻辑学家、密码学家，被称为计算机科学之父、人工智能之父。他是计算机逻辑的奠基者，提出了“图灵机”和“图灵测试”等重要概念（见图1-10）。人们为纪念其在计算机领域的卓越贡献而专门设立了“图灵奖”。

（2）点评

图灵是科学史上罕见的具有非凡洞察力的奇才。他的独创性成果使他生前就已名扬四海，而他深刻的预见使他死后备受敬佩。

3.乔布斯：苹果集团创始人

（1）主要事迹

乔布斯（见图1-11）是世界著名发明家、企业家、美国苹果公司联合创办人、前行政总裁，先后领导和推出了麦金塔计算机、iMac、iPod、iPhone等风靡全球亿万人的电子产品，深刻地改变了现代通信、娱乐乃至生活的方式。2012年获评《时代》杂志美国最具影响力20人之一。

（2）点评

乔布斯是改变世界的天才，他凭借敏锐的触觉和过人的智慧，勇于变革，不断创新；被人们称为神经高度紧张的工作狂，他以其热情激励他人，拥有一个“现实扭曲场”，热衷于技术，事必躬亲，傲慢而偏执。

4.比尔·盖茨：微软创始人

（1）主要事迹

比尔·盖茨是美国微软公司（见图1-12）的董事长。1995年—2007年的《福布斯》全球亿万富翁排行榜中，比尔·盖茨连续14年蝉联世界首富。与保罗·艾伦在个人计算机之父爱德华·罗伯茨的率领下，联合发明了世界上第一台个人计算机。

（2）点评

比尔·盖茨对软件的贡献，就像爱迪生对灯泡的贡献一样，集创新者、企业家、推销员和全能的天才于一身。

5.马化腾：QQ创始人

（1）主要事迹

马化腾是中国著名企业家，毕业于深圳大学计算机系。1998年11月创办腾讯，现任广东深圳腾讯公司董事会主席兼首席执行官，有“QQ之父”之称。腾讯QQ（见图1-13）为中国人创造了全新的沟通方式。经过短短几年的发展，已成为中国最大的互联网注册用户群，腾讯QQ在即时通信领域排名中国第一、世界第二，同时腾讯公司也从广告、移动QQ、QQ会员等多种领域实现了赢利，创造了中国网络领域一个经典的神话。

（2）点评

专注做自己擅长的事情；在前进的过程中，发现机会就要立刻去把握它，有敏锐的市场感觉。

1.1.6　当前生活中的计算机技术

1.二维码

二维码又称二维条码（见图1-14），它是用特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向）上分布的黑白相间的图形，是所有信息数据的一把钥匙，能存储汉字、数字和图片等信息。主要功能有：信息获取、网络跳转、广告推送、手机电商、防伪溯源、优惠促销、会员管理、手机支付等。

2.微信

微信（见图1-15）是腾讯推出的一款为智能终端提供免费即时通信服务的免费应用程序；支持通过手机网络发送语音短信、视频、图片和文字，支持视频聊天，用户可以通过摇一摇、搜索号码、附近的人、扫二维码等方式添加好友和关注公众平台，同时微信将内容分享给好友以及将用户看到的精彩内容分享到微信朋友圈。可以显示简体中文、繁体中文、英文、泰语、印尼语、越南语、葡萄牙语7种界面。

3.云计算

云计算是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化的资源的计算模式，如图1-16所示。