科普专栏| 计算机的技术沿革 ——从机械计算到智能时代

 计算机是现代信息社会的核心工具，从智能手机到超级计算机，几乎所有科技系统都依赖计算能力。纵观整个计算机发展的历史，不难发现计算机是由最初的机械结构，过渡到后来的电气电子，再到基于程序模型的通用机器，最后又逐步发展成现代智能化平台这样一个不断演变的过程。所以，如果能够清楚的了解到计算机技术的演进历程，对于刚刚步入大学校门的当代大学生来说无疑可以更好的帮助他们理清思路、拓宽视野，从而对计算机系统有更为深刻的认知、对未来计算机技术发展方向有所预测和展望。

计算机的思想起源早于电子器件。从 17 世纪开始，人们就已将一些简单的机械结构用于帮助人的计算活动。

1642年法国数学家布莱兹·帕斯卡发明了 “帕斯卡计算器”来完成加法及减法运算;德国数学家戈特弗里德·莱布尼茨对帕斯卡的机器结构进行了改良，并提出了阶梯轮，可以做乘除等较复杂的算术运算。

 20 世纪中期，电子管的出现使计算机从机械时代迈入电子时代。电子管由于其工作速度快而被用来制造能够实现高速电子开关的电路。这种电路可以用作计数器、寄存器、累加器等部件，并且可将它们组合成复杂的算术或逻辑操作电路，使机器超过了任何一种使用齿轮传动机构来工作的机械式计算器所能达到的速度。

1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上的第一台大型通用数字电子计算机一一 ENIAC  。它是继机械计算机之后又一个里程碑性的发明。它的主要特点有以下几点:采用大量电子管作为基本元器件;运算速度非常之高。据估计，如果用一台当时的普通机械式计算机需要花费大约一百万年的时间才能完成的计算工作，这台电子计算机只用了不到一秒的时间就完成了。

早在1945年，冯•诺伊曼便在其论文《关于 EDVAC的第一份报告》中提出了存储程序结构，也就是我们通常所说的冯•诺伊曼结构:计算机内部的信息处理过程应该包括两个方面:一是对信息的加工处理，二是对指令及其地址的操作，分别使用控制器和存储器两个独立的设备来进行，且这两者之间还要有一个通道相连接以便相互传递消息。从此以后我们都始终遵循着这个原则发展。

1947年美国贝尔实验室的巴丁、布拉顿以及肖克利发明了晶体管，它的体积更小，能耗更低且更加可靠，并很快替代了笨重而昂贵的电子管，使得计算机整体体积大大减小并大幅度降低成本。典型的晶体管计算机如IBM公司的1401型，被广泛应用于工商业和政府部门之中。

1958年，美国德州仪器公司的研究人员杰克•基尔比(Jack Kilby)和罗伯特•诺伊斯研制出第一块集成电路,即把许多晶体管和其他元件集中于一块硅片之上制成的超大规模元器件，从而使密度和性能得到提高。这种新型的技术为微处理器的发展奠定了基础。

英特尔公司在1971年发布了世界第一台微处理器Intel 4004,它把CPU的关键部分都集成了一个芯片上，是现代计算机的基础和雏形。微处理器的到来使得计算机向个人化迈进了一大步。

 21 世纪初，随着手机的普及,移动计算开始盛行。在 2007年发布了iPhone后标志着计算平台由PC向移动端转变。芯片也进入了“系统级芯片”的时期,使得计算机真正地无所不在:智能家居、无人飞机、车载电子、可穿戴设备等等。

云计算提供远程计算与存储资源服务，使企业无需自行采购大型服务器；大数据技术实现了海量数据的处理，广泛应用于商业分析、交通管理、金融科技等领域。

2012 年，深度学习技术在 ImageNet 比赛中取得胜利，此后神经网络便被广泛应用于视觉识别、语音识别以及自然语言处理等诸多领域。人工智能技术成为推动今天计算机发展的关键力量。

纵观计算机发展历程,我们看到从机械到电子、从硬件到软件、从个人设备到全球网络，再到今天的人工智能与智能系统，计算机已经从简单的计算工具演变为社会的革新力量。

对于当代青年，从技术发展的角度来认识和掌握计算机的基本原理,了解其演进过程和发展趋势以及蕴含其中的科学技术思想和方法论意义，这是深入把握计算机学科的一个重要方面; 未来的计算技术将继续向智能化、量子化、网络化方向发展，带来无限可能。