信息技术的发展(激动人心的信息技术诞生和发展简史)

1623年，德国科学家威廉·席卡德制造了世界上第一台机械计算器。该机由时钟的齿轮技术改进而来，可加减六位数，并通过铃声输出答案，故又称为“算术钟”。该机采用11个完整链轮和6个不完整链轮进行加法运算，借助对数表可以进行乘除运算。可惜快完成的时候就毁了。

1642年，法国哲学家、数学家、物理学家帕斯卡发明了一种可以做加减运算的加法机，这种机器可以自动进行垂直借位运算。帕斯卡复制了50台机器，但大部分都成了有钱人家客厅里稀奇古怪的摆设。

帕斯卡的计算机

17世纪，德国天才数学家、哲学家莱布尼茨在知道帕斯卡的加法器后，设计了一种特殊的齿轮传动装置。他发明并制造了一个乘法器。

莱布尼茨乘数

莱布尼茨的乘法器使用二进制。据说莱布尼茨的二进制思想来自康熙送给德国皇帝的八卦图。莱布尼茨不仅将二进制引入计算机，也是二进制逻辑的创始人。从此，人们可以用数字来表示逻辑的真假。帕斯卡和莱布尼茨的计算机都是机械装置，他们的计算机是人类对制造思维辅助工具的第一次尝试。这些电脑仍然可以在博物馆里看到。

1725年，法国纺织工人鲁修在织布机上放了一条穿孔纸带，以便于转移图案。1726年，他的合伙人开始改进设计，将纸带换成串联的穿孔卡片，从而实现人工送料的半自动生产。

1801年，法国人雅卡尔发明了提花织机，用穿孔卡片来控制编织图案。与前者不同的是，这种织机在更换一系列卡片时不需要改变机械设计，是可编程机器的里程碑。

提花织机

美国宪法规定每十年必须进行一次人口普查，1880年铺天盖地的人口普查数据用了8年时间进行处理和分析。因此，美国统计学家赫尔曼·霍勒里(Herman Hollerie)在1890年开发了一种分类机，它使用穿孔卡片来存储数据，然后使用机器来感应卡片，以协助美国人口普查局自动将统计数据制成表格。因此，家庭普查在三年内完成。

现代意义上的计算机是1822年英国科学家巴贝奇制造的第一台差分机(用于多项式计算的齿轮加法器)。它可以处理三个不同的五位数，计算精度为小数点后六位。

贝基的微分扩张

在计算机结构上，巴贝奇在1834年给出了现代计算机的基本结构:堆栈、处理器和控制器。不久，巴贝奇根据这个结构概念建造了一台名为分析机的计算机。这台电脑也是第一台需要软件控制的电脑。他的助手阿达·奥古斯塔是英国著名诗人拜伦的独生女，她为这台计算机编写了人类历史上第一批软件程序。阿达和巴贝奇为现代计算机奠定了坚实的基础。他们对计算机结构的想法比当时的人超前了一个世纪。堆栈、处理器、控制器和软件的概念今天仍在使用。Ada编译的软件中有些算法沿用至今。为了纪念这位计算机和软件的先驱，美国军方发明的一种计算机语言以她的名字“Ada”命名。

分析器是通用可编程计算机，可编程性是通用计算机的一个重要定义，即只要改变指令的存储顺序，通用计算机就可以模拟其他形式的计算机。

虽然巴贝奇的理想计算机没有正式问世，但他给后人留下了非常宝贵的遗产，那就是几十个非常先进的设计方案和面对困难不屈不挠的精神。

现代电子计算机的发展有几个组成部分:

一是计算机理论，即计算机的可能性和计算机功能的极限；

第二，基本器件，也就是最小的计算器件，或者说最小的物理运算步骤，就是晶体管，这是最简单的开关电路。

第三，电路设计，即如何用晶体管开关电路实现逻辑功能；

第四，人机界面，即操作系统；

第五是应用软件，即计算机语言和应用程序。

1847年，英国数学家乔治·布尔出版了《逻辑的数学分析》，这是一部开创性的数值逻辑著作。逻辑从此成为一门精确的数学学科。1854年，布尔发表了名著《思维的规律——逻辑与概率的数学基础》，创立了一门全新的学科——布尔代数，这是数字计算机设计中开关电路设计的数学方法和理论基础。

直到1938年，布尔代数才被应用于电路设计。今年，麻省理工学院的年轻教授克劳德·艾尔伍德·香农发表了他的硕士论文《继电器和开关电路的符号分析》。他在布尔代数的基础上构建了开关电路，证明了继电器这种简单的开关电路可以实现基于布尔代数的所有逻辑运算，并给出了实现四则运算的电路设计。本文是开关和逻辑电路理论与设计的开创性工作。

1895年，英国工程师弗莱明利用爱迪生效应发明了真空管。从此，人类进入了微电子时代。1912年，美国发明家李·福雷斯特在加州帕洛阿尔托发现了真空管的放大效应，奠定了电子工业的基础。1913年，麻省理工学院教授Vannevar Bush制造了第一台模拟计算机差分分析仪。计算机由电机驱动，利用齿轮转动的角度进行模拟计算。

1936年11月12日，英国数学家艾伦·图灵(Alan Turing)发表了一篇关于计算机理论的基础性论文《论可计算数，及其对entscheidungs问题的应用》，阐明了现代计算机理论，并从理论上定义了现代通用计算机和可计算性等重要概念。为了模拟人类的运算过程，图灵指出，能够实现数字计算和逻辑判断的机器必须具备以下功能:

(1)无限长的纸带。纸带分为格子，每个格子中有一个有限字母表中的字母，字母表中有空白色符号。纸带上的格子编号为0，1，2，…，纸带的一端可以无限拉伸。

②一台扫描仪。扫描仪可以沿着纸带移动，读出当前网格中的字母并改变字母。

③一套控制规则。它根据图灵机的当前状态和当前扫描器读取的字母决定扫描器的下一步动作，改变状态寄存器中注册的状态，使图灵机进入新的状态。

④状态寄存器。它用于保存图灵机的当前状态。图灵机所有可能状态的数量是有限的，并且存在一种特殊的状态——停止状态。

满足以上四个条件的机器就是著名的图灵机。本文中，图灵以图灵机的形式定义了一种基于一般算术的形式语言。这种形式语言完全等价于奥地利数学家库尔特·哥德尔在1931年证明不完全性定理时给出的形式语言。

图灵

图灵机的每个部分都是有限的，但是有一条无限长的纸带，这是一个理想的装置。图灵认为，这样的机器可以模拟人类能够进行的任何计算过程。图灵对计算机理论的一个重要贡献就是给出了停机时间问题，也就是数理逻辑中的可计算性问题。它问的问题是“你能判断任何程序是否会在有限的时间内运行完”。从数学上讲，给定一个程序P和输入I，程序P会在输入I下停止吗？1936年，图灵证明了图灵定理——不存在判断停机时间问题的通用算法。证明了计算机和程序的纯数学定义——图灵机。图灵定理告诉我们关机问题在图灵机上是不可判定的。从数理逻辑的角度来看，停机问题是一阶逻辑的不完全性。所以图灵定理的本质是哥德尔不完全定理的另一种表述。由于图灵机和图灵定理，图灵被誉为计算机科学之父。

图灵机的本质是:一个有限状态机+在存储介质上读写。

1950年10月，图灵发表了一篇重要论文《计算机器与智能》，提出了著名的图灵测试，奠定了人工智能的基础。图灵也因此被后人尊为人工智能之父。在第一个计算机时代，本文定义了第五代和第六代计算机。

图灵不仅在计算理论上为现代计算机奠定了基础，还在二战期间为英国的MI-6建造了一台名为“bombe”的计算机。用这台电脑破译了德国军事密码。后人的评价是，图灵的破译使盟军提前2 ~ 4年结束二战，同时为盟军避免了1400 ~ 2100万人的死亡。

第一台电子计算机的发明者是美国人约翰·阿塔那索夫。他是名副其实的“电子计算机之父”。他是阿塔纳索夫爱荷华州立大学的物理学教授。Atanasoff和他的研究生Clifford BerrY于1939年10月开发了第一台人类电子计算机。

阿塔纳索夫将这台机器命名为ABC computer(阿塔纳索夫-贝里计算机)，其中A和B分别取各自姓氏的首字母，C是计算机的首字母。计算机为爱荷华州立大学的教授和研究生做了许多微分方程的数值解。在阿塔纳索夫和贝里离开爱荷华州立大学之前，他们制造了两台可以运行的ABC电脑。

ABC是第一台现代电子计算机。在设计这台计算机时，阿塔纳索夫提出了三个非常重要的设计思想:用二进制逻辑实现数字运算，以保证精度；利用电子技术实现控制逻辑运算和算术运算，保证计算速度；采用了将计算功能与更新和存储二进制数的功能分离的结构。后来控制论之父维纳在此基础上提出了计算机的五大原理:计算机必须是数字化的；主要是电子设备；采用二进制；存储内部计算表；把数据储存在电脑里。这些思路直到现在仍然是设计计算机的基本思路。

这两台ABC电脑存放在爱荷华州立大学物理系的储藏室里，很快就被遗忘了。1946年，两台计算机的部件被移除并用于其他目的，只剩下内存。爱荷华州立大学没有为ABC电脑申请专利，这也是后来发生的发明权纠纷的根源。阿塔纳索夫获得“计算机之父”的称号，并不是因为他的发明被当时的人们所接受，而是因为法院做出的判决。阿塔纳索夫和ENIAC计算机的著名发明者约翰·莫奇里和约翰·埃克特为谁是第一台电子计算机的发明者打了一场著名的官司，法庭开了135次庭。1973年10月19日，法院宣布:“莫奇里和埃克特没有发明第一台电子计算机，他们只是使用了阿塔纳索夫发明的思想。”早在1941年，阿塔纳索夫就向ENIAC的发明者莫奇里讲述了他对电子计算机的想法。莫莉参观了阿塔纳索夫在爱荷华州立大学物理系的计算机实验室。

ABC电脑

1934年，德国人康拉德·楚泽也开始制造计算机。1938年完成Z-1机械计算机，速度和可靠性差。1941年，楚泽制造了一台电子计算机——Z-3电子计算机，这是第一台可编程电子计算机。它可以处理7位指数和14位小数，并使用了大量的true 空电子管。每秒能加3 ~ 4次，乘一次需要3 ~ 5秒。

20世纪40年代，哈佛大学物理系的霍华德·艾肯也在考虑设计一种通用计算机。当时IBM的总经理小沃森很有见地，资助了艾肯的想法。1944年，艾肯研制出MARK-1计算机，它有15万个部件和800公里长的电线，每秒可进行200多次运算。数学家格蕾丝·霍珀为它编制了一个计算程序，可以解微分方程。

MARK-1的问世实现了巴贝奇的夙愿，也是帕斯卡计算机问世以来最高水平的机电计算机。

与此同时，贝尔电话实验室的科学家斯蒂比·比茨领导的一个研究小组也在开发中继计算机。1940年，他们做了一个复数计算器(CNC)，主要用于复数计算。人们对它的计算能力很满意，但它是专用机，不是通用机。自1944年以来，斯蒂比的团队又花了三年时间制造类似的通用机器。1946年，CNC正式运行，性能良好，是现代多处理器的鼻祖。

1940年9月，贝尔实验室在达特茅斯学院演示了M-1模型。他们把校园里的M-1计算机接到电报线上，当场解决了一道数学难题，并把它传送到纽约。这是人类第一次实现电脑遥控的梦想。

1946年，宾夕法尼亚大学的埃克特等人受ABC计算机的启发，研制出了著名的电子计算机——ENICA。它有17468个晶体管空，7200多个二极管，70000多个电阻，10000多个电容，6000多个继电器和500000多个焊点。机器安装在一排2.75米高的金属柜内，占地约170平方米，重30吨。运算速度为每秒5000次加法，0.003秒可完成两次10位数乘法。当时，最快的计算机计算40点轨迹需要两个小时，而Eniak只需要三秒钟，这是一个奇迹。Niak并不完美，它没有内存，只有寄存器，而且只能存储10位数，功耗惊人。当时的一个笑话说，只要一开机，费城的路灯就会变暗。Eniac虽然不起眼，却象征着第一代电子计算机的诞生。

我们有关于计算机理论的图灵理论，计算机的可能性和计算机功能的极限。计算机的基础器件，即真空管，也已经成熟。虽然还是很慢，但是远远优于机械设备。香农理论为实现逻辑功能的基本电路奠定了良好的基础，香农的那些开关电路可以实现任何逻辑功能。

1952年1月，冯·诺依曼设计的IAS计算机EDVAC问世。这台IAS计算机总共使用了2300个电子管，但其运算速度比拥有18000个电子管的Eniak高10倍。冯·诺依曼的存储程序控制思想在这台计算机上得到了成功的体现。

1943年，冯·诺依曼提出了“存储程序的通用电子计算机程序”和“存储程序控制”的思想，即程序存储在可寻址存储器中，控制器顺序取出指令，解码，产生控制信号，然后控制整个计算机的运行，进行数据处理。具体来说，硬件就是处理器、主板、内存、硬盘的电脑组合。至此，我们的计算机技术正式进入了时代的大舞台。

图灵艾伦图灵——计算机科学之父查尔斯·巴贝奇——通用计算机之父约翰·阿塔那索夫——电子计算机之父约翰·冯·诺依曼——现代计算机之父

1959年2月6日，研制出第一台晶体管收音机的TI公司的j . Kilby向美国专利局申请了“半导体集成电路”专利。

1960年，美国麻省理工学院教授J. Creed发表了著名的计算机研究论文《人机共生》，提出了分时操作系统的思想，首次实现了计算机网络的设想。1962年，就职于Lander公司的Paul Balan发表了一篇具有里程碑意义的学术报告《论分布式通信》，其中他首次提出了“分布式自适应信息块交换”，也就是我们现在所说的“分组交换”通信技术。

1964年4月7日，在IBM成立50周年之际，由年仅40岁的g·阿姆达尔(G. Amdahl)担任总设计师，历时4年研发的IBM360计算机问世，标志着第三代计算机的全面登场，这也是IBM历史上最成功的机型。

1965年:DEC公司推出PDP-8电脑，标志着小型机时代的到来。

1966年，时任美国国防部ARPA信息处理技术办公室(IPTO)主任的鲍勃·泰勒启动了ARPA网络的研究项目。虽然他本人事后一直强调“APA”网络本身并没有用于军事目的，但他的部门是冷战的产物。1968年，IBM首次提出“Winchester /Winchester”技术，探索硬盘技术重大变革的可能性。

1968年12月9日，加州大学的道格拉斯·恩格尔巴特博士发明了世界上第一只老鼠。它的工作原理是底部的球带动枢轴转动，带动变阻器改变电阻值产生位移信号。信号经过计算机处理后，屏幕上的光标就可以移动了。恩格尔巴特博士鼠标设计的初衷就是用这种简单的操作方式来代替繁琐的键盘操作。然而，在鼠标诞生的前十年，人们并没有意识到这种操作方式的简单，直到1984年苹果Macintosh的诞生，人们的旧观念才得以改变。

1969年，贝尔实验室的肯·汤普森和丹尼斯·里奇在PDP-7上开发了Unix操作系统。

1969年10月29日，美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的节点和斯坦福研究所(SRI)的节点之间实现了分组交换技术的第一次长距离通信，这也标志着互联网的正式诞生。

1969年10月，美国施乐公司在今天硅谷的帕洛阿尔托建立了帕洛阿尔研究中心(PARC)研究中心。更重要的是，施乐没有给来这里的科学家制定任何研究计划，而是让他们自由发挥。在接下来的几年里，PARC诞生了以太网、鼠标、面对象、图标、菜单、窗口等一系列全新的概念，改变了计算机未来的发展方向，间接孵化了Windows、Office、Macintosh等划时代的软件作品。IT出来的科学家还创办了Adobe、3Com、Novell等企业，改变了IT世界格局。

1971年1月，英特尔公司的Ted Hoff成功开发了第一个可以实际工作的微处理器4004。该处理器在一个面积约为12平方毫米的芯片上有2250个晶体管，其计算能力足以超过ENICA。同年11月15日英特尔正式公布了这款处理器。

1972年:曾经开发Unix操作系统的丹尼斯·里奇(Dennis Ritchie)领导了C语言的发展。

1973年5月22日，施乐PARC研究中心的鲍勃·麦卡夫建立的世界上第一个个人计算机局域网——ALTO ALOHA网络开始正式运行。梅特卡夫将网络重新命名为“以太网”。

1974年4月1日，英特尔推出了第一款8位微处理器芯片8080。1974年12月，计算机爱好者E.Roberts发布了自己的搭载8080处理器的计算机“牛郎星”，这也是世界上第一台搭载微处理器的计算机，由此拉开了个人计算机的序幕。

1975年7月，B·盖茨在为牛郎星成功匹配BASIC语言后，从哈佛大学退学，与好友保罗·艾伦创办了微软公司，并为公司定下目标:“每个家庭的每张桌子上都有一台运行微软程序的微机！”1976年4月1日，斯蒂芬·沃兹纳克(Stephen Wozinak)和斯蒂芬·乔布斯(Stephen Jobs)共同创立了苹果公司，并推出了他们的第一台电脑:Apple-I。

1981年8月12日，经过一年的艰苦开发，后来被誉为IBM PC之父的D.Estridge领导的开发团队完成了IBM个人电脑的研发，IBM宣布了IBM PC的诞生，从而翻开了改变世界历史的一页。

1981年8月12日，微软推出MS-DOS 1.0版本。

1982年2月，英特尔发布了80286处理器。时钟频率提高到20MHz，增加了保护模式，可以访问16M内存。支持1GB以上的虚拟内存。它每秒执行270万条指令，集成了13.4万个晶体管。

1982年9月29日，3Com公司推出了世界上第一块网卡——ether link网络接口卡，这也是世界上第一块应用于IBM-PC的ISA接口网络。

1983年1月，苹果公司推出了开发成本高达5000万美元的Lisa电脑，这也是世界上第一台商业化的具有图形用户界面的个人电脑，它还首次配备了鼠标。

5月8日，IBM推出IBM PC/XT，这是IBM PC的改进型号，内置硬盘。

1984年，来自英国的Adlib Audio公司推出了第一款声卡:Magic声卡，使PC具备了真正的发声能力。

1984年1月24日，苹果公司推出了划时代的Macintosh电脑，不仅首次采用了图形界面操作系统，还首次使个人电脑具备了多媒体处理能力。

1985年，飞利浦和索尼联合推出了光驱。

1985年，英特尔推出了80386处理器，在计算机史上有着重要的地位，它也是英特尔的第一款32位处理器。

1985年11月，经过多次推迟，微软终于正式推出了Windows操作系统。

1986年9月，康柏先于IBM首次推出台式386 PC，在当时引起了不小的轰动。

1989年4月10日，英特尔公司在拉斯维加斯电脑展上首次发布了拥有120万个晶体管的486处理器。

1991年10月5日，莱纳斯。来自芬兰的大学生托瓦尔兹(Torvalds)开发了一款基于UNIX的操作系统——Linux，并将所有源代码在互联网上公开，引发了席卷全球的开源代码运动。Linux本身经过全世界无数程序员的改进，逐渐成长为一个成熟的操作系统，风靡全球。

1993年3月2日，中国第一条接入国际互联网的专线——中国科学院高能物理研究所租用ATT国际卫星接入美国斯坦福直线加速器中心的64K专线正式开通。1993年3月22日，英特尔正式发布奔腾处理器。最初发布的奔腾集成了300多万个晶体管，工作在60-66MHz，每秒可以执行1亿条指令。

1993年，微软发布了Windows NT操作系统，这也是第一个独立于DOS的Windows操作系统。

1994年3月，Linux 1.0发布，有17万行代码。当时是按照完全免费的免费协议发布的，后来正式采用了GPL协议。至此，Linux的代码开发进入良性循环，越来越多的人开始在自己的PC上尝试Linux操作系统。

1995年3月，年轻的美籍华人杨致远和大卫。费罗是斯坦福大学的同学，共同创立了雅虎。

1995年8月24日，微软正式向全球推出划时代的Windows95操作系统。此次发布，微软采用了全球同步发布的方式，花费了5亿美元作为宣传费用，创下了软件宣传费用的最高纪录。Windows95的发布也创造了一个全新的wintel联盟。

1996年2月，sun正式发布了Java语言。比尔·盖茨认为:“Java是历史上最杰出的编程语言。

1998年6月25日，受到美国司法部反垄断案困扰的微软公司发布了其最新的电脑操作系统Windows 98，并且不顾司法部的强烈反对，还在系统中捆绑了IE浏览器。

1998年8月24日，intel推出了带有L2缓存的赛扬A处理器，也就是以后会被很多DIYer称赞的赛扬300A。

1999年9月1日，Nvidia推出GeForce256显示芯片，提出了GPU新概念。

2000年1月1日，全世界都在等，呵呵，千年虫没有爆发。2月17日，微软正式发布Windows2000。

2001年10月25日，微软推出Windows XP操作系统，比尔·盖茨宣布:“DOS时代结束了。”Windows XP的发布也推动了处于低谷的全球PC硬件市场。

写在最后:

信息技术的诞生和发展是从计算理论、硬件和软件的交叉和相互促进中发展起来的。

计算的理论基础主要是布尔代数、开关电路、图灵机，以及“存储程序控制”的思想。

硬件方面，逐渐向小型化、低价格方向发展，从而有可能普及。逻辑经历了电子管、晶体管、集成电路、网络等等机械继电器。

软件方面包括程序控制、信息资源高级编程语言、操作系统、计算机网络协议等。

人类两百年来在信息技术方面的成就可以说是无与伦比的。