计算机硬件的发展

目录

1 计算机硬件简介................................................................................................................................... - 1 -

1.1 简介............................................................................................................................................ - 1 -

1.2 计算机硬件构成思想的产生.................................................................................................... - 1 -

2 计算机硬件的发展............................................................................................................................... -

3 -

2.1 第一代计算机（1946-1957）的硬件....................................................................................... - 3 -

2.2 第二代计算机（1958-1964）的硬件....................................................................................... - 3 -

2.3 第三代计算机（1965-1971）的硬件....................................................................................... - 4 -

2.4 第四代计算机（1972至今）的硬件 ....................................................................................... - 4 -

2.4.1 个人电脑的产生............................................................................................................. - 4 -

2.4.2 x86 CPU 辉煌的开始 ..................................................................................................... - 5 -

2.4.3 显卡的出现和发展......................................................................................................... - 6 -

2.4.4 内存的出现及发展......................................................................................................... - 6 -

2.4.5 1985年-2005年主要硬件发的展................................................................................... - 7 -

3 未来的硬件发展方向........................................................................................................................... - 8 -

1 计算机硬件简介

1.1 简介

要了解一个事物的发展历史，就必须先了解这个事物。下面我将对计算机硬件做一个简单的介绍。

硬件（hardware）是“计算机硬件”的简称。与软件（software）相对。是电子计算机系统中所有实体部件和设备的统称。从基本结构上来讲，电脑可以分为五大部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。

一般我们看到的电脑都是由：主机（主要部分）、输出设备（显示器）、输入设备（键盘和鼠标）三大件组成。而主机是电脑的主体，在主机箱中有：主板、CPU、内存、电源、显卡、声卡、网卡、硬盘、软驱、光驱等硬件。其中，主板、CPU、内存、电源、显卡、硬盘是必须的，只要主机工作，这几样缺一不可。

1.2 计算机硬件构成思想的产生

现代计算机的思想由来已久，到了19世纪已经日渐成熟。在19世纪，有两个人对计算机的发展起到了不可替代的作用，他们就是英国皇家学会会员、剑桥大学数学教授巴贝奇(Charles Babbage, 1792-1871.)和英国著名诗人拜伦的女儿爱达〃拉夫拉斯伯爵夫人。前者划时代的提出了类似与现代计算机5大基本部件逻辑结构的“分析机”结构：齿轮式“存贮仓库”(Store)和“运算室”即“作坊”(Mill)，而且还有他未给出名称的“控制器”装置，以及在“存贮仓库”和“作坊”之间运输数据的输入输出部件。而后者则提出了用二进制数代替十进制数的计算思想。以巴贝奇教授为主，拉夫拉斯伯爵夫人为辅，提出的“分析机”成为了现代意义上的第一台通用计算机构想。虽然在巴贝奇教授有生之年未将“分析机”制造出来，但在1991年为了纪念巴贝奇200周年诞辰，英国肯圣顿(Kensington)科学博物馆根据巴贝奇教授儿子保存下来的图纸重新建造了一台差分机。复制过程中，只发现图纸存在着几处小的错误。复制者特地采用18世纪中期的技术设备来制作，不仅成功地造出了机器，而且可以正常运转。现在，科学界普遍认为巴贝奇教授是信息科学的始祖。

巴贝奇教授的分析机（1991仿制版）

接着就是大名鼎鼎的计算机ENIAC，世界上第一台通用型计算机。ENIAC是Electronic Numerical Integrator And Computer的缩写，它于1946年2月15日诞生；当时的资助者是美国军方，目的是计算弹道的各种非常复杂的非线性方程组。不过在未完成的1944年，他的制造者已经认识到了他的不足之处：首先是它的存储容量太小。其次是它的程序是用线路连接的方式实现的，不便于使用。为了进行几分钟或几小时的数字计算，要花费几小时甚至1～2天的时间做准备。而且，由于它耗电量大，工作起来常常会因烧坏电子管而被迫停机检修。从技术上而言，ENIAC是没有完全的CPU概念的。因为它采用电子管作为基本电子元件。用了18800个电子管，而每个电子管约有一个普通家用灯泡那么大。这样整部电脑就有了8英尺高、3英尺宽、100英尺长，重达30吨，耗电高达140千瓦。每秒能进行5000次加法运算（而据科学调查：人最快的运算速度每秒仅5次加法运算），还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。这样的速度在当时已经是人类智慧的最高水平。

这就是ENIAC

有问题，怎么办？军方因此要求莫尔学院（ENIAC的制造大学）在建造ENIAC的同时提出改进方案。这时计算机界另一位重要人物登场了。他就是冯〃诺依曼教授。1944年的夏天，一个偶然的机会，冯〃诺伊曼得知莫尔小组正在研制电子计算机。当时，他正参加第一颗原子弹的研制工作，面对着原子核裂变反应过程中的大量计算困难。这些问题涉及数十亿初等算术运算和初等逻辑指令。它们虽不需要非常精确的最终数据，但所有中间的和细节的运算都必须相当精确。为此，曾有成百名女计算员整日整夜用台式计算机演算，结果还是不能令人满意。作为弹道研究所和洛斯〃阿拉莫斯科学研究所的顾问，冯〃诺伊曼一直在寻找解决计算问题的新方法。因此，当听到制造电子计算机的消息后，他大为惊喜，随即专程到莫尔学院参观了还未竣工的ENIAC 。科学家的洞察力以及深厚的科学素养，使他立刻觉察到了电子计算机应用的广阔前景。马上投入到电子计算机的设计工作之中。在冯〃诺伊曼的带领下，从1944年8月到1945年6月短短10个月的时间内，计算机的设计工作获得了巨大的进展。人们定期在莫尔学院举行学术会议，提出各种报告。许多富有创见的思想一个接一个涌现出来。经过科学的研究之后，形成全新的科学思想。前所未有的存储程序通用电子计算机方案——EDVAC 方案就这样问世了。这份浸透了科学家们的智慧和心血的报告草案共 101页。它明确规定新型计算机有5个组成部分：①计算器CA；②逻辑控制装置CC；③存储器M；④输入I；⑤输出O；并详细描述了这5个部分的职能和相互关系。这就是直到现在依然在被使用的计算机硬件构想。

2 计算机硬件的发展

2.1 第一代计算机（1946-1957）的硬件

第一代电子计算机的代表是UNIVAC-1，它是由真空管制造电子元件的计算机，利用穿孔卡作为主要的存储介质，体积庞大，重量惊人，耗电量很大。不过这一时期的电子计算机为接下来的计算机发展提供了方向。

2.2 第二代计算机（1958-1964）的硬件

1947年，一个发明引起了计算机硬件的飞跃，那就是晶体管的发明，由于晶体管相较真空管的巨大优势，计算机开始使用晶体管制造电子元件，这样的电脑被称作第二代计算机。相较真空管计算机，晶体管计算机无论是耗电量还是产生的热能都大大降低，可靠性和计算能力大为提高。第二代计算机用磁芯制造内存，利用磁鼓和磁盘取代穿孔卡作为主要的外部存储设备。在这一时期，也就是1958年，美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比(Jack Kilby)在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在里面，制成世界上第一片集成电路，这也为基尔比赢得了2000年的诺贝尔物理学奖，并且也为也为后来的超大规模集成电路奠定了基础。1959年，美国仙童公司的诺伊斯用一种平面工艺制成半导体集成电路，从此开启了集成电路比黄金还诱人的时代。其后，摩尔、诺宜斯、葛洛夫这三个“伙伴”离开原来的仙童公司，一起开创事业——筹建一家他们自己的公司——Intel。

2.3 第三代计算机（1965-1971）的硬件

这一代计算机的特征是使用集成电路代替晶体管，使用硅半导体制造存储器。在这一时期，Intel的创始人之一摩尔提出了IT界的摩尔定律——微处理器芯片的电路密度，以及它潜在的计算能力，每隔18个月翻一番，后来的无数事实证明了这一点。最后，现在电脑比不可少的硬件之一——鼠标也是在这个时期产生的：1965年，恩格尔巴特在斯坦福德研究实验室发明了鼠标，3年后的12月9日，在电气和电子工程师协会会议上，他设计的多重平铺窗口人机交互界面向人们展示了鼠标的用途。从此，人性化的鼠标逐渐改变了人们操作计算机的习惯，而人性化的人机交互操作思想也一直影响

着后来的程序员

第一款鼠标

1971年，英特尔公司推出了第一款CPU 4004。当时一个留长发的美国人从电子杂志上看到了这个消息，立马就想能用这个东西开发个人使用的操作系统，这个人就是后来微软的老总——比尔〃盖茨。不过这款CPU无法支持他设想的系统功能和BASIC语言，虽然如此，他开始关注英特尔这个当时并不出名的公司，这也许为后来的WinTel联盟的产生埋下了伏笔。

2.4 第四代计算机（1972至今）的硬件

这一代的计算机开始与我们所熟悉的电脑相同。第四代计算机开始使用了大规模集成电路和超大规模集成电路，出现了CPU，声卡，显卡，内存，主板，硬盘这些我们熟悉的电脑硬件。

2.4.1 个人电脑的产生

1976年976年的一天，一个叫乔布斯的美国年青人对他的朋友沃兹奈克说：“哥们，既然现在的计算机那么贵，咱俩就自己攒一台便宜的吧。”于是，哥俩就在自己家的车库开张了。没有人想到，他们搞鼓出来的这台古色古香，像木头制作的名叫“Apple I”的计算机,竟然成了一个时代开始的标志。最初商业化的“Apple I”简陋到甚至没有显示器、键盘和鼠标，仅仅只等于一块主机板。但是它标志着：个人电脑，这个崭新

的行业正式诞生了。一年后的四月，传奇的AppleII诞生，这是历史上首台真正意义上的商品

这是最早的苹果机

化的个人电脑。最初的AppleII由一个速度为1MHz的8位CPU 6502，一个4k～16k容量的随机存储器，一个12k大小的只读存储器，一个磁带机接口，一个ASCII标准键盘接口和一套通用显示系统组成，而这所有的东西都集中安置在一个8又1/2 X 11英寸的主板上，其售价为1295美元。

2.4.2 x86 CPU 辉煌的开始

1978年，Intel公司造出了8086处理器，这款处理器标志着x86王朝的开始。因为IBM为了打击苹果公司，需要一款功能强劲的处理器，IBM选择了8086，从而获得了绝对胜利，IBM的PC大获成功，捎带，Microsoft的随机销售DOS的策略也为其发展积累了大量资金。不但如此，因为IBM公司的远见，开放了PC架构的授权，康柏(今天已经变成HP的一部分)等第三方的制造商也大获其利。甚至台湾等经济的腾飞都与这次历史的联合有着必然的联系。

事实上，IBM在PC XT选用的是8088这个型号。以技术的观点来看，8088其实是8086的一个简版，其内部指令是16位的，但是外部是8位数据总线；相对于8086内部数据总线(CPU内部传输数据的总线)、外部数据总线(CPU外部传输数据的总线)均为16位，地址总线为20位，可寻址1MB内存的规格来说，是稍差了一点，但是已经足以胜任DOS系统和当时的应用程序了。

x86的鼻祖：8086

2.4.3 显卡的出现和发展

在1981年，IBM推出了个人电脑时，它提供了两种显卡，一种是"单色显卡(简称MDA)，一种是"彩色绘图卡"(简称CGA)，从名字上就可以看出，MDA是与单色显示器配合使用的，它可以显示80行x25列的文数字，CGA则可以用在RGB的显示屏上，它可以绘制的图形和文数字资料。在当时来讲，计算机的用途主要是文字数据处理，虽然MDA分辨率为宽752点，高504点，不足以满足多大的显示要求，不过对于文字数据处理还是绰绰有馀的了。而CGA就具有彩色和图形能力，能胜任一般的显示图形数据的需要了，不过其分辨率只有640x350，自然不能与现在的彩色显示同日而语。

1982年，IBM又推出了 MGA（Monochrome Graphic Adapter），又称Hercules Card(大力士卡)，除了能显示图形外，还保留了原来MDA的功能。当年不少游戏都需要这款卡才能显示动画效果。而当时风行市场的还有Genoa公司做EGA（Enhanced Graphics Adapter），即加强型绘图卡，可以模拟MDA和CGA，而且可以在单色屏幕上一点一点画成的图形。EGA分辨率为640x350，可以产生16色的图形和文字。不过这些显卡都是采用数字方式的，直到MCGA（Multi-Color Graphics Array）的出现，才揭开了采用模拟方式的显卡的序幕。MCGA是整合在PS/2Model25和30上的影像系统。它采用了Analog RGA影像信号，分辨率可高达640x480，数位RGB和类比RGB不同的地方就像是ON-OFF式切换和微调式切换之间的差别。用类比RGB讯号的显示屏，会将每一个讯号的电压值转换成符合色彩明暗的范围。只有类比显示屏可以和 MCGA一起使用，才可以提供最多的256种颜色，另外IBM尚提供了一个类比单色显示屏，在此显示屏上可以显示出64种明暗度。VGA（Video Graphic Array）即显示绘图阵列，它IBM 是在其PS/2的Model50，60和80内建的影像系统。它的数字模式可以达到720x400色，绘图模式则可以达到 640x480x16色，以及320x200x256色，这是显卡首次可以同时最高显示256种色彩。而这些模式更成为其后所有显卡的共同标准。VGA显卡的盛行把电脑带进了2D显卡显示的辉煌时代。

在以后一段时期里，许多VGA显卡设计的公司不断推陈出新，追求更高的分辨率和位色。与此同时，IBM推出了8514/A的Monitor显示屏规格，主要用来支持1024x768的分辨率。在2D 时代向3D时代推进的过程中，有一款不能忽略的显卡就是

Trident8900/9000显卡，它第一次使显卡成为一个独立的配件出现在电脑里，而不再是集成的一块芯片。而后其推出的Trident9685更是第一代3D显卡的代表。不过真正称得上开启3D显卡大门的却应该是GLINT300SX，虽然其 3D功能极其简单，但却具有里程碑的意义。

2.4.4 内存的出现及发展

IBM推出的第一台PC机采用的CPU是8088芯片，它只有20根地址线，也就是说，它的地址空间是1MB。

PC机的设计师将1MB中的低端640KB用作RAM，供DOS及应用程序使用，高端的384KB则保留给ROM、视频适配卡等系统使用。从此，这个界限便被确定了下来并且沿用至今。低端的 640KB就被称为常规内存即PC机的基本RAM区。保留内存中的低128KB 是显示缓冲区，高64KB是系统BIOS（基本输入／输出系统）空间，其余192KB空间

留用。从对应的物理存储器来看，基本内存区只使用了512KB芯片，占用0000至7FFFF 这512KB地址。显示内存区虽有128KB空间，但对单色显示器（MDA卡）只需4KB就足够了，因此只安装4KB的物理存储器芯片，占用了B0000至B0FFF这4KB的空间，如果使用彩色显示器（CGA卡）需要安装16KB的物理存储器，占用B8000至BBFFF这16KB的空间，可见实际使用的地址范围都小于允许使用的地址空间。

在当时（1980年末至1981年初）这么“大”容量的内存对PC机使用者来说似乎已经足够了，但是随着程序的不断增大，图象和声音的不断丰富，以及能访问更大内存空间的新型CPU相继出现，最初的PC机和MS－DOS设计的局限性变得越来越明显。

到1984年，即286被普遍接受不久，人们越来越认识到640KB的限制已成为大型程序的障碍，这时，Intel和Lotus，这两家硬、软件的杰出代表，联手制定了一个由硬件和软件相结合的方案，此方法使所有PC机存取640KB以上RAM成为可能。而Microsoft刚推出Windows不久，对内存空间的要求也很高，因此它也及时加入了该行列。

在1985年初，Lotus、Intel和Microsoft三家共同定义了LIM－EMS，即扩充内存规范，通常称EMS为扩充内存。当时，EMS需要一个安装在I／O槽口的内存扩充卡和一个称为EMS的扩充内存管理程序方可使用。但是I／O插槽的地址线只有24位（ISA 总线），这对于386以上档次的32位机是不能适应的。所以，现在已很少使用内存扩充卡。现在微机中的扩充内存通常是用软件如DOS中的EMM386把扩展内存模拟或扩充内存来使用。

内存芯片的状态一直沿用到286初期，鉴于它存在着无法拆卸更换的弊病，这对于计算机的发展造成了现实的阻碍。有鉴于此，内存条便应运而生了。将内存芯片焊接到事先设计好的印刷线路板上，而电脑主板上也改用内存插槽。这样就把内存难以安装和更换的问题彻底解决了。

2.4.5 1985年-2005年主要硬件发的展

1985年10月，英特尔发布革命性的80386DX处理器，CPU也从16位步入了32位的时代并延续至今。80386DX是一款真正意义上的32位CPU。其内、外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，且具有高达4GB的内存寻址能力。它采用实模式、保护模式和虚拟8086三种工作模式，并通过虚拟多个8086的工作模式来完成多任务的工作。尽管没有内置进行浮点相关运算的协处理器，但和现在先进的Prescott相比较，所有的基本功能一应俱全。

不开玩笑的说，如果不嫌慢，甚至拿来运行最先进的Windows2003操作系统也能和Prescott一样稳定。80年代末，80486诞生，这是一颗集成了8K高速缓存、80386处理器、80387协处理器和精简指令集（RISC）技术的CPU，由于采用了先进的倍频技术，CPU的速度开始节节攀升，CPU的发展速度越来越快，CPU发展史进入了以速度为王的时代。到了93年，一颗“奔腾”的芯初次登场，作为一颗史上最经典的CPU，一个极其成功的市场品牌，一度把英特尔的主要竞争对手压得喘不过气来，为英特尔日后打下的大好河山立下了汗马功劳。除了CPU，对于计算机来说，内存是又一关键的部件。在计算机发展的初期，内存都是以KB为计算单位的，而对于DOS操作系统来说，最大只能管理640KB的基本内存。随着技术的进步，日常应用软件对内存的需求逐步提高，微软不得不在内存管理中先后加入了对UMB、EMS、XMS的支持，以扩展640KB以外内存的用途。而对内存本身来说，严格遵循摩尔定律的半导体工业的发展，促使了容量更大速度更快价格也更便宜的内存的出现。内存经过了从FP DRAM——EDO DRAM——SDRAM—

— RDRAM/DDR-SDRAM的进化过程，速度从当时的50~60纳秒发展到现在的4~5纳秒，容量也从640KB发展到256MB甚至1GB，价格却从一千多元降到了现在的三百多元。相比起计算机上的其他零件，根植于半导体工业发展的内存和CPU更易受到摩尔定律的冲击。十年前玩家的愿望是有一个和硬盘一样大的内存，现在内存的愿望已经实现，硬盘的发展也同样丝毫不逊色于内存。

随着材料学，电子学等相关学科的技术进步，通过对硬盘磁头、电机系统和盘片材料的改良，单位面积盘片存储密度的提升和迅速发展的硬盘接口技术，在硬盘速度越来越快的同时容量也越来越大，由原来的20MB提升到现在的200GB的海量存储空间，容量获得了近一万倍的提升。从最早的ST-506/412接口发展到现在的SATA接口，我们从硬盘接口技术的进步也直接受益多多。

除了硬盘，还有CD-ROM同样也得益于此技术的进步而获得了更快的发展。

1983年，Philips和Sony开发出第一个CD-ROM，储存了大容量声音、图片和动画的光盘以音乐CD和各种影碟的形式开始风靡于世界的各个角落。因为可携带存储介质——软盘的容量过小，不方便大文件的传输，CD-ROM这种大容量存储介质的引入彻底解决了这个问题，并为日后电脑上多媒体技术的传播和发展创造了良好的物质条件。

3 未来的硬件发展方向

英特尔创始人之一的摩尔曾提出——处理器芯片的电路密度，以及它潜在的计算能力，每隔18个月翻一番。对于硬件的发展，我想也因该如此概括，而且随着时代的发展。这个翻一番的速度会逐渐减少。处理器的的运算速度会越来越快，内存外存的容量会越来越大，其他硬件的功能会越来越强大。我相信，硬件的发展是没有止境的，只有想不到，没有做不到。硬件是计算机的基础，硬件发展起来了，计算机也会发展。计算机的未来谁也不能做出限制。就像DOS时代比尔〃盖茨说：对于任何人来说，640KB的内存已经足够了，可现实给了比尔〃盖茨一个响亮的耳光，现在我们的内存已经达到了4G而且没有停止过发展。

对于未来，我无限期待。

参考的网页：

1:http//https://www.360docs.net/doc/1f17080701.html, 百度百科2:http//https://www.360docs.net/doc/1f17080701.html, 互动百科3:http//https://www.360docs.net/doc/1f17080701.html, 科技中国4:http//https://www.360docs.net/doc/1f17080701.html, 谷歌

5:http//https://www.360docs.net/doc/1f17080701.html, 游戏npc 6:http//https://www.360docs.net/doc/1f17080701.html, 新浪科技7:http//https://www.360docs.net/doc/1f17080701.html, 搜狐IT