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       摘要：本文簡要論述了20世紀50年代中期中國計算機事業起步以來的發展與學科建設。系統介紹了中國從早期的基于電子管第一代計算機、基于晶體管的第二代計算機、基于中小規模集成電路的第三代計算機，到基于微處理器的第四代計算機發展過程。中國自主研發的計算機為國防和科研事業做出了重要貢獻，并且推動了計算機產業的發展。目前中國計算機在很多方向的研究上達到了世界前沿，部分計算機水平已達到國際領先。與此同時，中國計算機事業的發展呈現出多元化的趨勢，與國外發達國家同步的形成了一系列新的學科，這些學科也獲得了快速的發展，很多領域在技術研發或產業化上，達到甚至超越了同期國外水平。本文重點介紹了計算機網絡、計算機安全、數據庫、人工智能、中文信息處理、圖形圖像處理、虛擬現實和人機交互等學科的發展。

中國的計算機（主要指電子計算機）事業起步于20世紀50年代中期，與國外同期的先進計算機水平相比，起步晚了約10年，在計算機的發展過程中，中國經歷了各種困難，走過了一段不平凡的歷程。隨著科研人員艱苦卓絕的奮斗，使中國的研制水平從與國外的差距整整一代直至達到國際前沿水平。中國自主研發的計算機為國防和科研事業做出了重要貢獻，并且推動了計算機產業的發展。截至目前，中國既研制出了世界上計算速度最快的高性能計算機，也成為了國際上最大的微機生產基地和主要市場。與此同時，中國計算機事業的發展呈現出多元化的發展趨勢，與國外發達國家基本同步地形成了一系列新的學科，這些學科也獲得了快速的發展，很多領域在技術研發或產業化上，達到甚至超越了同期國外水平。

01中國計算機系統研制

1）   電子管計算機的研制 

中國計算機的研制起步于20世紀50 年代。與國外計算機發展歷程相同，國內計算機的發展也經歷了從早期的基于電子管、晶體管的第一代計算機，到基于中小規模集成電路的計算機，一直到基于超大規模集成電路的計算機的過程。相對于國際上計算機研制的狀況，國內計算機研制起步較晚，但是經過科研人員的艱苦努力，直至目前，中國計算機在很多方向的研究走在世界前沿，且部分研究已達到國際領先水平。

中國計算機事業在開創階段，以“先集中、后分散”，“先仿制、后創新”的方針，迅速制成中國第一代電子管計算機、第二代晶體管計算機。建立了一批科研院所，在一些高校設立了計算機專業，并且通過國產計算機的系列化，形成了初具規模、能夠批量生產的計算機工業。

1952 年在全國大學院系調整時，華羅庚在中國科學院數學研究所（簡稱中科院數學所）內建立了中國第一個電子計算機科研小組，由閔乃大、夏培肅、王傳英組成，華羅庚邀請閔乃大擔任組長，開始了計算技術的探索。同年3月，由閔乃大執筆寫出了中國第一個“電子計算機研究的設想和規劃”。中國計算機的發展從華羅庚建立的第一個計算機科研小組開始拉開了序幕。

1953年4月，計算機科研小組提出制造一臺電子管串行計算機的設想，其規模與當時美國、英國剛完成不久的EDVAC 和EDSAC 相當。1953 年12月，計算機小組工作分成了兩部分：由夏培肅負責基本邏輯電路、運算器、控制器的設計，由吳幾康負責存儲器的設計。吳幾康研制的寬帶放大器，使微弱信號達到邏輯運算的電平，成功實現了存儲功能。夏培肅完成了第一臺電子計算機運算器和控制器的設計工作，同時編寫了中國第一本電子計算機原理講義。

在計算機初始階段，中國主要是學習蘇聯的計算機技術進行仿造。1956年，政府決定把計算機納入到即將制訂的科學發展長期規劃中。在12年科學技術發展遠景規劃中，把開創中國的計算技術事業等項目列為四大緊急措施之一。任務的大體進度是，從1957年起，著重解決快速通用數字計算機的設計與制造，并在此基礎上掌握制造各種電子計算機的基本技術。

1956年6月，中國科學院計算技術研究所（簡稱中科院計算所）籌備委員會成立。籌備委員會確立了立足國內“先仿制，后自行設計”的原則，引進了蘇聯的M-3和БЭCM-II兩臺計算機圖紙資料，通過對這兩臺計算機進行仿制與改進工作的實踐，建立了中國自己的計算機科研隊伍、工業生產隊伍、應用隊伍和管理隊伍。籌備委員會按照規劃中提出的“先集中，后分散”的組建原則，以中國科學院（簡稱中科院）為主，集中了當時第二機械工業部十局（后來的四機部）、軍委總參三部、國防五院（后來的七機部）和高等院校幾方面的科技力量，通過這種大協作的方式組織國內自己的力量進行生產和調試，并于1958年8月和1959年9月分別研制成功中國第一臺小型電子管數字計算機（103 計算機）和第一臺大型通用電子管數字計算機（104 計算機）。這兩種電子管計算機的相繼推出，為中國解決了大量過去無法計算的經濟和國防等領域的難題，填補了中國計算機技術的空白，成為中國計算機事業起步階段的重要里程碑。

計算技術專業人才是計算機可持續發展的一個先決條件。為了培養人才，中科院計算所籌備委員會在國內實行訓練班計劃，主要是面向全國抽調高校在學的三、四年級學生來北京，開辦計算機訓練班和計算數學訓練班，簡稱機器班和數學班。1957—1959 年，清華大學、哈爾濱軍事工程學院、北京大學和中國科技大學等一批高等院校先后開設了電子計算機專業或計算數學專業。

隨著103 和104 計算機的研制成功，中國在自行設計的電子管計算機的研制上，也取得了積極進展，陸續研制了107、紅旗等一批電子管計算機。其中107型計算機源于1953年4月中科院數學所計算機科研小組提出的制造一臺串行電子管計算機的設想。它對過去在近代物理所設計的計算機進行了修改，將示波管存儲器改為磁心存儲器。107計算機除為教學服務外，還接受了潮汐預報計算、原子反應堆射線能量分布計算等任務。

隨著國內計算機研究的進展，中國也針對國防需求研制了一批計算機，其中比較典型的有國防科學技術工業委員會（簡稱國防科工委）下達任務制造的119型計算機。119機是國防科工委參照美國的SAGE即“半自動地面防空系統”，提出研發中國自己的類似系統。該機是基于晶體管進行設計，但由于當時國產晶體管還不能立即供應，因此先用電子管完成了109甲機（后來被稱為119機）。在119機上還建立了中國自行設計的編譯系統。119機是一臺大型通用數字電子管計算機，用于中國第一顆氫彈研制的計算任務、全國首次大油田實際資料動態預報的計算任務等。

總體而言，中國第一代電子計算機研制的主要推動力是軍事應用，民用計算機的需求還不很強烈。這一時期的計算機主要用于科學計算和國防。其中104機和119機分別在原子彈和氫彈研制中發揮了重要作用。在這個階段，中國分別研制了幾十臺計算機，包括高性能通用計算機、各種專用計算機以及各種配套設備，提供給國防部門使用，使得中國在計算機的國產化上掌握了重要的技術能力。

2）   晶體管計算機的研制

中國在研制第一代電子管計算機的同時，已開始研制第二代晶體管計算機，晶體管計算機研制的主要障礙是中國當時半導體器件不能滿足計算機技術的要求，晶體管的工作壽命短和不穩定是兩大主要問題。1962年5月，解放軍軍事工程學院（簡稱哈軍工，現為國防科技大學）研制出了“隔離-阻塞振蕩器”，解決了晶體管性能不穩的問題，為當時晶體管計算機的研制提供了條件。

1964年11月，在當時國際環境非常困難的情況下，哈軍工研制成功了441-B機，該機是用國產半導體元器件研制成功的中國第一臺晶體管通用電子計算機。計算速度為8000次/s，樣機連續工作268 h 未發生任何故障。之后，國防科工委全面公開441-B的電路和圖紙資料，哈軍工舉辦培訓班，在全國范圍內進行441-B復制和推廣集訓。

1965年6月中國科學院研制成功了109乙晶體管大型通用數字計算機，運算速度達到定點運算9萬次/s，浮點運算6 萬次/s，所用器材全部為國產。與此前研制的119型電子管計算機相比，不僅運算速度提高，機器的器件損壞率和耗電量均降低很多，計算機的平均連續穩定時間也有延長。該機在國民經濟和國防部門得到廣泛應用。兩年后，中科院計算所又研制成功109丙晶體管大型通用數字計算機，這是一臺具有分時、中斷系統和管理程序的計算機。109丙機是一臺專為“兩彈一星”服務（2臺分別安裝在二機部供核彈研究用和七機部供火箭研究用）的計算機，在中國兩彈試驗中發揮了重要作用，為中國航天戰略武器、運載火箭的多個型號從方案設計到定型生產多個階段的理論計算，提供過大量重要數據和決策依據，這臺計算機的使用時間長達15年，被譽為“功勛計算機”。由于109乙機的高性能和廣泛應用，該機的研制成功，表明中國進入了電子計算機的“第二代”。

在晶體管計算機研制時期，中國計算機研制進入高速追趕國際先進水平的階段。全國各界都在進行學習、研制，特別是中國工業部門在第二代晶體管計算機研制與生產中已發揮重要作用。如華北計算所先后研制成功108機、108乙機（DJS-6）、121機（DJS-21）和320機（DJS-6），并在738廠等5家工廠生產，其中108乙機參加了中國發射第一顆人造地球衛星的任務等。這一時期，中國的計算機制造水平逐漸成熟，穩定性得到極大提高，器件損壞和耗電量均大大降低。

中國的第二代晶體管計算機大部分是20世紀70年代以前研制的，中國第一、二代計算機的系統軟件大多是自己開發，早期以蘇聯的算子法為指導思想，1962年以后轉到以ALGOL60為基礎的編譯技術，開發了BCY、BX119等編譯系統。但總體而言，中國第一代和第二代計算機主要側重于硬件的研發。

3）   集成電路計算機的研制

早期計算機通常由于體積龐然，多在專業部門（如國防領域）使用。集成電路計算機是繼電子管計算機、晶體管計算機之后的第三代電子計算機。由于它采用了集成電路，因而具有體積小、存儲容量大、計算速度快、性能穩定可靠以及耗電量少等優點。從第一代電子管計算機到第三代小規模集成電路計算機，計算機尺寸在不斷縮小，穩定性在提高，計算速度在加快，價格也不斷降低，日益走進普通市場。國際上，1964年4月7日IBM發布了360系統，它解決了計算機產業發展一系列難題：模塊化、系列化、標準化、兼容性、擴展性、可升級性。這也成了中國計算機走過的發展道路。1968年7月至1971年5月中科院計算所研制成功中國第一臺小規模集成電路通用數字電子計算機111 機。1976 年11 月，中科院計算所研制成功了大型通用集成電路通用數字電子計算機013機。

根據中國關于廣泛發展電子計算機應用的規劃，1973 年元月第四機械工業部在北京召開了“電子計算機首次專業會議”（即7301會議），總結了20世紀60年代中國計算機研制都是為特定工程任務服務，不能形成批量生產的教訓，決定放棄單純追求提高運算速度的技術政策，確定了發展系列機的方針，提出聯合研制小、中、大3個系列計算機的任務，以中小型機為主，著力普及和運用。7301會議在中國計算機發展史上具有重要意義，確定了把發展系列機作為當前發展方向。會議結束后，四機部立即著手組織DJS-100 系列和DJS-200系列計算機的研制工作。由于這次會議，直接導致了20世紀70年代中期到80年代初中國計算機工業的初步形成。

1973 年8 月26 日，中國研究成功百萬次電子數字計算機DJS-11機（即150機），該機每秒運算100萬次，主內存130 K，采用集成電路器件，為中國石油勘探、氣象預報、軍事研究、科學計算等領域做出很多貢獻。圍繞該機，北京大學等單位配套研制了BD200語言及編譯環境。BD200語言是一項當時全新的程序設計語言，有FORTRAN、ALGOL和COBOL的若干特點。BD200語言及其編譯環境還被配置到于1974年交付使用的集成電路中型計算機6912（當時第四機械工業部命名為DJS-18）。配置BD200 語言及編譯環境的150機和6912機得到了當時的廣泛使用，代表了當時中國計算機的水平。

1974 年8 月DJS-130 小型多功能計算機分別在北京、天津通過鑒定，中國DJS-100系列機由此誕生。100系列計算機的研制對于文革期間堅持中國計算機事業的發展具有重要的意義，它帶動了中國的計算機產業、計算機器件和計算機應用的發展。1975年清華大學等單位又開始DJS-140計算機研制，自行設計國產中規模集成電路，重點突破磁盤等外部設備。之后，131、132、135、140、152、153等共13個機型先后研制成功，近31個廠點生產，至1989年底共生產了近千臺。這標志著系列化計算機產品逐步形成，使得中國計算機工業走上系列化批量生產的道路。

繼DJS-100系列機之后，華北計算技術研究所等單位開始研制180系列機，先后共研制生產了DJS-183、184、185、186 和1804 共5 個機型。它在研制成功DJS-180系列小型機后，華北計算所又推出了NCI－2780超級小型機、TJ-2000系列機及AP數組處理機等產品，其中2000系列機全部裝備了中國航天測控領域所有地面測控系統。

DJS-200 系列機的聯合設計始于1973 年。由華北計算技術研究所、北京有線電廠和北京大學等15個單位承擔。200 系列機工程中落實了集成電路和外部設備的配套工作，將5位代碼改為國際標準的8位代碼，并開發了磁盤操作系統，推動了外部設備的發展，使計算機的性能大大提高，并創造了與國際兼容的條件。DJS-200系列機的總體方案強調了軟件在系列機設計中的重要性。1975 年，南京大學還研制了相應的DJS200／XT1 操作系統，成為中國最早可以使用的較為完備的操作系統。DJS-200系列機操作系統的研制是中國軟件從科研走向產品的轉折點。

1977 年夏，性能上同樣達到百萬次運算速度的集成電路計算機151-3研制成功。1978年10月，200萬次集成電路大型通用計算機系統151-4通過國家驗收。1980年，151集成電路計算機裝在“遠望”號測量船上，南征太平洋，為完成中國首次洲際導彈飛行測量任務起到很大作用。

之后，中國又研制了655型（電子部32所）、151機（國防科學技術大學，簡稱國防科大）、1001中型集成電路計算機和每秒可運算500萬次的HDS-9機（華東計算技術研究所），這標志著中國計算機行業已完成了從第二代向第三代的過渡。

在大型機研制的同時，1977 年中國研制開發了DJS-050 和DJS-060 系列微機軟件產品，這2個系列計算機的出現促進了中國微型計算機產業的發展。1977年至20世紀80年代初，中國陸續研制成功DJS-051、052、053、054、055微型機以及060、062、063微型機，還組織了臺式微型機以及用于工業控制的一位機和四位機的研制。

總體而言，這一階段的特點是：通過應用促進計算機研制的發展，為大型應用系統工程配套實現了產用結合，推動了微型機的國產化。

4 ）  計算機系統研制進入快速發展

經歷了20 世紀50 年代至70 年代的發展，中國建立了從芯片設計制造到計算機系統設計等完整的工業體系，為后續中國計算機事業的發展奠定了堅實的基礎。20世紀80年代開始，隨著國家改革開放的政策，中國計算機事業進入了快速發展階段，計算機系統研制從跟蹤國外先進技術到實現技術超越。

高性能計算機是一個計算機集群系統，通過各種互聯技術將多個計算機系統連接在一起，利用被連接系統的綜合計算能力處理大型計算問題。它是衡量一個國家綜合國力的重要標志，是國家信息化建設的根本保證。1964年誕生的CDC6600被公認為國際上第一臺高性能計算機。而從1980年前后開始，中國高性能計算機才起步，主要按照兩條路線走：超級計算機與服務器。

1983年中科院計算所完成大型向量機——757 機，計算速度達到每秒1000萬次。同年，國防科大研制成功“銀河I 號”巨型計算機，運算速度達1 億次/s。銀河-I巨型機是中國自行研制的第一臺億次計算機系統。該系統研制成功填補了國內巨型機的空白，同時，銀河巨型機的誕生使中國成為世界上為數不多能研制巨型機的國家之一。在中國計算機研究和制造領域中，銀河巨型計算機的研制成功，為20世紀80年代中國計算機工業寫下了最為輝煌的一頁，成為中國計算機工業的驕傲。銀河-I巨型機是中國高速計算機研制的一個重要里程碑，給中國在高性能計算機領域的研發帶來了突破，并推動了高性能計算機的快速發展。這2個型號計算機還配備向量Fortran編譯系統，能夠有效地支持Fortran 語言程序在機器上編譯和執行。

超級計算機面向軍事應用、定制系統為主，國內代表超級計算機有國防科學技術大學的銀河系列超級計算機、江南計算所的神威系列超級計算機以及依托于中科院計算所的國家智能計算機研發中心的曙光系列超級計算機。這些高性能計算機主要為國家戰略應用服務，代表了國家超級計算機的最高水平。中國超級計算機經歷了向量機及共享存儲、大規模并行機、機群、異構機群以及超大規模異構機群等幾大技術發展，在全世界超級計算機Top500排行榜上不斷突破，從20世紀90年代初的百名以外到2012年“天河一號A”和2013年“天河二號”分別獲得排名世界第一，中國的超級計算機技術發展水平取得了質的跨越。到目前為止，中國是繼美國、日本之后的第三大超級計算機的生產國。

1992年國防科大研究成功銀河-II通用并行巨型機，峰值速度達每秒4億次浮點運算（相當于每秒10億次基本運算操作），總體上達到20世紀80年代中后期國際先進水平。為了配合該機運行，國防科大還研制了并行向量Fortran編譯系統。該系統可同時支持宏任務與微任務兩種方式的多任務并行編程，在中國的中長期天氣預報業務中發揮了重要作用。1997年國防科大研制成功銀河-III百億次并行巨型計算機系統，采用可擴展分布共享存儲并行處理體系結構，由130多個處理結點組成，峰值性能為每秒130億次浮點運算。為支持銀河-III巨型機的分布式共享存儲結構，國防科技大學還研制了面向多目標機，支持C、C++、Fortran多種語言，并具有統一中間代碼結構的高性能優化編譯系統。該系統為中國軍隊現代化、科學研究和國民經濟建設發揮了重要作用。此后，2000年，國防科技大學在銀河計算機上還研制了基于OpenMP的并行編程環境，江南計算所也于2001年研制完成OpenMP編譯系統，可支持上千處理器規模。

從20世紀90年代初開始，國際上采用主流的微處理機芯片研制高性能并行計算機已成為一種發展趨勢。國家智能計算機研究開發中心于1993年研制成功曙光一號全對稱共享存儲多處理機。1995 年，國家智能機中心又推出了國內第一臺具有大規模并行處理機（MPP）結構的并行機曙光1000（含36個處理機），峰值速度每秒25億次浮點運算，實際運算速度上了每秒10億次浮點運算這一高性能臺階。

隨著國民經濟的發展，民用需求日益增長，但在20世紀80年代卻只能通過進口產品得以滿足，并且氣象和金融等關鍵部門從國外引進計算機的指標要受“巴統組織”（針對社會主義國家的輸出管制統籌委員會）的限制，國產商品化高性能服務器市場一片空白。曙光、浪潮以及聯想等企業研制了一系列面向市場的國產服務器，開辟了中國的國產化服務器市場。

國產超級計算機和服務器產業快速發展的同時，國產計算機核心芯片也得到了國家的重視，事實上，在研制國產超級計算機和服務器的一開始，中國就進行了一系列核心芯片的自主設計和制造。隨著中國處理器芯片獲得的重要進展，一批基于國產處理器芯片的超級計算機也被研制成功。

在操作系統方面，除了早期針對計算機的定制操作系統外，20世紀80年代末開始，政府和產業界就支持和鼓勵國產自主操作系統開發和發展逐步達成了共識。而隨后國際上Linux 開源熱潮也在很大程度上對中國操作系統的發展產生了重要影響，即使如此，一批操作系統項目，如：COSIX操作系統、麒麟操作系統、紅旗操作系統、安全操作系統、嵌入式操作系統等項目，被列入國家技術攻關計劃，這些操作系統的研制和應用為國家安全和國民經濟產生了積極的作用。

5）   微型計算機產業

與國外一樣，中國第四代計算機的研制也是從微機開始的。改革開放的熱潮把正在重振雄風的中國電腦業，一下子推向了市場競爭的最前沿。與此同時，1980年前后，中國高性能計算機也開始飛速發展。

雖然早在1977 年，清華大學等單位就研制出中國早期的微型電腦DJS050，但由于技術原因一直未能大批量生產。

中國微機的雛形是1983年12月電子部六所開發成功的微型計算機長城100（DJS-0520微機），該機具備了個人電腦的主要使用特征。直至1985年中國成功研制出第一臺具有字符發生器漢字顯示能力、具備完整中文信息處理功能的國產微機長城0520CH，標志著中國微機產業進入了一個飛速發展的時期。

1985年11月，中科院計算所研制成功聯想式漢字微型機LX-PC 系統。該系統是在IBM-PC（包括XT、AT及其兼容機）微型計算機基礎上，通過安裝自行設計的聯想式漢卡和漢化操作系統而構成。隨著聯想品牌的逐漸打響，以銷售聯想漢卡為主的計算所公司也因此改名為聯想集團。

在長城、聯想的帶動下，國內涌現出一大批電腦制造企業，如四通、方正、同創、實達等，成為帶動中國電腦業發展的龍頭。

自20世紀80年代中期以來，中國的個人電腦產業一直緊跟國際步伐。并且隨著長城和聯想等個人電腦企業的崛起，中國基本上與國際同步地推出每一代集成最新技術的個人電腦。在與國外品牌的競爭中，聯想成為全球第三大PC制造商，市場占有率位居國內市場第一，表明中國微機產業已達國際先進水平。

第四代計算機從適用于個人的微型機，到大型科學計算的高性能計算機都有了巨大的發展，給社會帶來了巨大的經濟效益和社會效益。它不僅廣泛應用于軍事國防、金融、政府、通信等領域，并且在商業、科技、生產等各種大中小型企業單位得到了推廣。另外，國產服務器經過20余年的發展，如今已經成為中國計算機產業的重要力量，以曙光、浪潮為代表的服務器產品被廣泛地應用在國內外科研、教育、政府、石化、電信、軍隊、保險、交通、出版、銀行等行業。

6 ）  中國計算機系統發展小結

綜觀中國計算機的研制歷程，從103機、109乙機、150    機、銀河-I、曙光1000、曙光2000、天河一號到天河1A，走過了一段不平凡的歷程。科研人員艱苦卓絕的奮斗，使中國的研制水平從與國外的差距整整一代直至達到國際前沿水平。中國自主研發的計算機為國防和科研事業做出了重要貢獻，并且推動了計算機產業的發展。與此同時，中國計算機事業的發展呈現出多元化的發展趨勢，與國外發達國家基本同步形成了一系列新的學科，這些學科也獲得了快速的發展，很多領域在技術研發或產業化上，達到甚至超越了同期國外水平。

作者簡介：

1. 陶建華，中國科學院自動化研究所，研究員，研究方向為人工智能；

2. 劉瑞挺，南開大學計算機與控制工程學院；

3. 徐恪，清華大學計算機科學與技術系；

4. 韓偉力，復旦大學計算機科學技術學院；

5. 張華平，北京理工大學計算機學院；

6. 于劍，北京交通大學計算機與信息技術學院；

7. 田豐，中國科學院軟件研究所；

8. 梁曉輝，北京航空航天大學計算機學院。

注：本文發表在《科技導報》2016年第14期