学科前沿技术（硬件发展史及其趋势）

计算机硬件的发展史：

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。

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。

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。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。

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。

计算机硬件的发展趋势：

著名的摩尔定律，即假设价格保持不变，处理器芯片上的晶体管数每18个月翻一番。从1979—2006年的27年间精确的符合．虽然集成电路的发展受到其物理规律的限制．但是估计摩尔定律还要符合10年以卜的时间．届时一些新的硬件技术如量子技术、纳米材料、生物芯片技术将在计算机硬件领域占据主导地位． 纳米级晶体管的出现，给微处理器性能的进一步提高带来了令人欣喜的曙光，但是制造纳米级晶体管的新的光刻技术还是试验性的，技术实现难度很大，其价格也将是极其昂贵的，而且在提高微处理器性能方面，光刻技术还并非唯一的难题，如晶体管门极氧化物的存在，将会成为缩小晶体管体积的严重障碍。因此，从制作单电子器件到制作纳米芯片，进而生产出实用纳米计算机，还有很长的路要走。伴随着计算机硬件的发展，计算机软件发展同样迅速在各种各样的领
域里，都有方便快捷实用高效的计算机处理软件，以计算机技术为代表的信息技术革命正在对人类经济和社会发展发生重大影响，而且它们都在发展完善之中，我们有理由相信伴随着计算机硬件的发展我们的生活会越来越美好。 总之，在计算机的使用过程中，会不断遇到各种各样的问题，计算机硬件维护是一项比较复杂的工作，需要我们在工作实践中不断地探索和总结经验。除此之外，我们还可以通过网络寻求帮助，碰到的问题越多，积累的经验就会越多，工作起来就会越顺手。加强对计算机硬件维护的研究，更有利于计算机硬件的发展，从而发展整个计算机事业，使人们更充分地利用计算机来提高工作效率，促进社会的进步。