计算机硬件历史

    自从1946年第一台电子计算机ENIAC诞生以来，计算机在之后的六十多年里以惊人的速度发展。在这是关于其硬件的发展历史。
    首先是其元器件的发展：按计算机的发展阶段分为四个阶段，前面提到的ENIAC便是属于第一代计算机，持续时间从1946年到1958年，第一代计算机的逻辑元件采用真空电子管，主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用磁带。到了1958年到1964年期间，计算机发展到第二代晶体管计算机，其逻辑元件采用晶体管，主存储器采用磁芯，外存储器采用磁盘。1964年到1970年由晶体管计算机发展到集成电路数字计算机，这时出现的计算机其逻辑元件采用中、小规模集成电路（MSI、SSI），主存储器仍采用磁芯。而从1970年至今的第四代计算机其逻辑元件采用大规模、超大规模的集成电路（LSI和VLSI）。
    接下来是介绍具有代表性的微处理器的发展历程：
1971年1月，世界上第一只微处理器，即芯片4004问世．它的发明人是年仅34岁的霍夫，他因此被英国《经济学家》杂志列为“第二次世界大战以来最有影响的七位科学家之一”．
    1969年8月，芯片设计专家费金提出了适用于台式计算机的微处理器的概念，提议把台式计算机中11片集成逻辑电路压缩为中央处理器，读写存储器和只读存储器3片集成电路．霍夫因此设想计算机的全部电路也可以分别做在几个通用的芯片上，例如中央处理器芯片，存储器芯片以及寄存器芯片以及寄存器芯片等．于是霍夫设计出一种微处理器，它是一块半导体芯片，它的功能是计算机的中央处理器．霍夫还把两个存储器芯片附在这个微处理器上，一个存储数据，另一个存储驱动中央处理器的程序．这样，霍夫就制造出了第一个真正的微处理器，取名为“4004芯片”．这种处理器一次可对4个二进制数进行运算，它的功能相当于一台“埃尼阿克”计算机，与1950年时像房子那样大的电路板功能差不多．4004芯片上集成了2250个晶体管．人们首次实现了这样一种设想：仅用一块芯片来承担中央处理器的全部功能．
    英特尔公司把这种4004芯片，与一块随机存取存储器芯片，一块只读存储器芯片和一块寄存器芯片，组合在一起，制成一个4位微型计算机MCS—4．这是世界上第一台微型电子计算机，它在1971年问世，从此揭开了微型计算机发展的序幕．
    1972年4月，英特尔8008芯片问世．它是由霍夫与费金研制的世界上最早的8位微处理器．在13.8平方毫米的芯片上做出了能执行45种指令的中央处理器．它能同时对8个二进制数字进行传送和运算，计算能力和适应范围都优于4004，因为4004芯片一次只能对4个二进制数进行运算．一个英文字母就需要用8位二进制数来表示，4004芯片一次还处理不了由8个二进制数表示的数据，而8008芯片一次就可以完成．
    1973年8月，霍夫等人又研制出英特尔8080型微处理器，它的运算速度比4004型要快20倍．研制8080型芯片最初只是为了对8008型芯片进行改进，但当时速度较快的新型MOS（金属氧化物半导体）电路出现了，霍夫和费金把MOS电路应用到8080型芯片上，一举成功，成为第二代微处理器．它是有史以来最为成功的微处理器之一．
    1977年，超大规模集成电路工艺取得突破性进展，一块硅片上已经可以容纳一万个以上的晶体管．于是从1978年起，各大公司便推出了可与过去中档小型机比拟的16位微处理器．如英特尔公司的8086，摩托罗位公司的Mc6800等．芯片集成度达到3000个晶体管，基本指令周期已小于0.5微秒．其后，英特尔公司又相继推出了两种增强型16位微处理器芯片，即80186和80286．80186基本上是一种高速的，在一个芯片上集成有DMA单元，时钟，定时器，中断控制器，总线控制器，片选及就绪信号发生器的8086．这几乎包括了传统CPU的全部功能（除存储器外），这种设计使80186能代替一般微型机中多达20片的集成电路．80286缺少这种特性，但它在8086结构基础上增加了存储器保护和管理功能，以及对虚拟存储器寻址达109字节的功能，这就使80286成为多用户，多任务处理的微处理器，而这些操作曾是小型机和大型机所独占的范畴．
    微处理器的发展，并不仅仅是集成度的提高和字长的增大．新一代的微处理器有着更多的寄存器，更强的存储器寻址能力，更多的寻址方式，更高的速度，更新的结构，更大的指令系统和存储器管理功能．因此，新一代的微处理器功能越来越强，并且拥有越来越广阔的应用范围．
    1981年，IBM公司开发了16位机，进入微型机的高级机时代．以后，美国的许多电子公司和科学实验室纷纷投入资金和人力，研制开发32位微型机．摩托罗拉公司的68020微处理器，齐洛格公司的Z8000微处理器，以及英特尔公司在1985年10月推出的80386微处理器，它们都是32位的CPU芯片，用以制造超级微型机．其中，80386芯片最具有代表性，因为使用这种微处理器的CPU，可使主机装上40兆内存，如加上虚拟存储，可达64兆．
日本的第四代微机发展迅速，除了IBM公司在日本的子公司—日本IBM之外，主要的计算机生产厂家有富士通，日立，日本电气（NEC），东芝及三菱．它们分别集中人力物力，研制与美国国际商用机器公司（IBM）生产的370系列相媲美的计算机，取得了较好的成绩．
    1989年，英特尔公司又研制出了一种新型的个人计算机芯片80486．它使芯片的集成度从30万个晶体管一跃超过了100万个晶体管．80486能极大地加快计算机的运算速度．一块80486芯片能完成以前的三种芯片（两块芯片用于数据处理和存储常用数据指令的记忆装置，另一块用于中央处理器），这样就减少了三块芯片之间联系所需的时间，极大地提高了运算速度．
    1993年，美国英特尔公司推出“奔腾”（PENTIUM）芯片，这是一种速度更快的微处理器，被称为586或P5．它含有310万个晶体管．速度达60兆赫．以后又陆续推出75兆赫，90兆赫，100兆赫，120兆赫及133兆赫的芯片．“奔腾”芯片广泛地运用于各种个人电脑和多媒体电脑上，使个人电脑拥有更为强大的功能，可运行更为强劲有力的软件．由于“奔腾”芯片的问世和价格的不断降低，装备了“奔腾”CPU的电脑已逐渐占领了个人电脑的市场，使486芯片迅速退出市场．
    1995年11月，美国英特尔公司推出PENTIUM PRO微处理器，这是自从1979年以来英特尔公司的芯片家族的第六代．这种“新奔腾”微处理器首先被用在商业用的高性能计算机上，但是最终这种芯片将使家用个人计算机有更好的性能来处理多媒体和功能更强的软件．“新奔腾”的代号为P6，它有550万个晶体管，第一批芯片运行的速度为150—200兆赫，最终将达到266兆赫．这种新芯片的功能比它的前身P5要多，“新奔腾”不仅快而且具有智能，它能预计就作好了计算，以便节省时间．它将决定最有效的指令以便执行多种指令．而P5是按照发出指令的次序执行的．几家个人计算机制造公司，其中包括国际商用机器公司（IBM），康柏，惠普和德尔，都争相推出使用这种芯片的新型计算机．“新奔腾”P6芯片将使个人计算机获得工作站的性能．
    2000年推出的Pentium 4处理器内建了4200万个晶体管，以及采用0.18微米的电路，Pentium 4初期推出版本的速度就高达1.5GHz，晶体管数目约为4200万颗，翌年8月，Pentium 4 处理理达到2 GHz的里程碑。2002年英特尔推出新款Intel Pentium 4处理器内含创新的Hyper-Threading(HT）超线程技术。超线程技术打造出新等级的高性能桌上型电脑，能同时快速执行多项运算应用，或针对支持多重线程的软件带来更高的性能。超线程技术让电脑性能增加25%。除了为桌上型电脑使用者提供超线程技术外，英特尔也达成另一项电脑里程碑，就是推出运作频率达3.06 GHz的Pentium 4处理器，是首款每秒执行30亿个运算周期的商业微处理器，如此优异的性能要归功于当时业界最先进的0.13微米制程技术，翌年，内建超线程技术的Intel Pentium 4处理器频率达到3.2 GHz。
    2005年至今，是酷睿（core）系列微处理器时代。“酷睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。
    酷睿2：英文名称为Core 2 Duo，是是英特尔在2006年推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称。于2006年7月27日发布。酷睿2是一个跨平台的构架体系，包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中，服务器版的开发代号为Woodcrest，桌面版的开发代号为Conroe，移动版的开发代号为Merom。
    酷睿2处理器的Core微架构是Intel的以色列设计团队在Yonah微架构基础之上改进而来的新一代英特尔架构。最显著的变化在于在各个关键部分进行强化。为了提高两个核心的内部数据交换效率采取共享式二级缓存设计，2个核心共享高达4MB的二级缓存。

    SNB(Sandy Bridge）是英特尔在2011年初发布的新一代处理器微架构，这一构架的最大意义莫过于重新定义了“整合平台”的概念，与处理器“无缝融合”的“核芯显卡”终结了“集成显卡”的时代。这一创举得益于全新的32nm制造工艺。由于Sandy Bridge 构架下的处理器采用了比之前的45nm工艺更加先进的32nm制造工艺，理论上实现了CPU功耗的进一步降低，及其电路尺寸和性能的显著优化，这就为将整合图形核心（核芯显卡）与CPU封装在同一块基板上创造了有利条件。此外，第二代酷睿还加入了全新的高清视频处理单元。视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的，由于高清视频处理单元的加入，新一代酷睿处理器的视频处理时间比老款处理器至少提升了30%。
    计算机的发展主要表现在其核心部件——微处理器的发展上，每当一款新型的微处理器出现时，就会带动计算机系统的其他部件的相应发展，如计算机体系结构的进一步优化，存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高，外围设备的不断改进以及新设备的不断出现等。