摘要：本文简要论述了20世纪50年代中期中国计算机事业起步以来的发展与学科建设。系统介绍了中国从早期的基于电子管第一代计算机、基于晶体管的第二代计算机、基于中小规模集成电路的第三代计算机，到基于微处理器的第四代计算机发展过程。中国自主研发的计算机为国防和科研事业做出了重要贡献，并且推动了计算机产业的发展。目前中国计算机在很多方向的研究上达到了世界前沿，部分计算机水平已达到国际领先。与此同时，中国计算机事业的发展呈现出多元化的趋势，与国外发达国家同步的形成了一系列新的学科，这些学科也获得了快速的发展，很多领域在技术研发或产业化上，达到甚至超越了同期国外水平。本文重点介绍了计算机网络、计算机安全、数据库、人工智能、中文信息处理、图形图像处理、虚拟现实和人机交互等学科的发展。
中国的计算机（主要指电子计算机）事业起步于20世纪50年代中期，与国外同期的先进计算机水平相比，起步晚了约10年，在计算机的发展过程中，中国经历了各种困难，走过了一段不平凡的历程。随着科研人员艰苦卓绝的奋斗，使中国的研制水平从与国外的差距整整一代直至达到国际前沿水平。中国自主研发的计算机为国防和科研事业做出了重要贡献，并且推动了计算机产业的发展。截至目前，中国既研制出了世界上计算速度最快的高性能计算机，也成为了国际上最大的微机生产基地和主要市场。与此同时，中国计算机事业的发展呈现出多元化的发展趋势，与国外发达国家基本同步地形成了一系列新的学科，这些学科也获得了快速的发展，很多领域在技术研发或产业化上，达到甚至超越了同期国外水平。
01中国计算机系统研制
1） 电子管计算机的研制
中国计算机的研制起步于20世纪50 年代。与国外计算机发展历程相同，国内计算机的发展也经历了从早期的基于电子管、晶体管的第一代计算机，到基于中小规模集成电路的计算机，一直到基于超大规模集成电路的计算机的过程。相对于国际上计算机研制的状况，国内计算机研制起步较晚，但是经过科研人员的艰苦努力，直至目前，中国计算机在很多方向的研究走在世界前沿，且部分研究已达到国际领先水平。
中国计算机事业在开创阶段，以“先集中、后分散”，“先仿制、后创新”的方针，迅速制成中国第一代电子管计算机、第二代晶体管计算机。建立了一批科研院所，在一些高校设立了计算机专业，并且通过国产计算机的系列化，形成了初具规模、能够批量生产的计算机工业。
1952 年在全国大学院系调整时，华罗庚在中国科学院数学研究所（简称中科院数学所）内建立了中国第一个电子计算机科研小组，由闵乃大、夏培肃、王传英组成，华罗庚邀请闵乃大担任组长，开始了计算技术的探索。同年3月，由闵乃大执笔写出了中国第一个“电子计算机研究的设想和规划”。中国计算机的发展从华罗庚建立的第一个计算机科研小组开始拉开了序幕。
1953年4月，计算机科研小组提出制造一台电子管串行计算机的设想，其规模与当时美国、英国刚完成不久的EDVAC 和EDSAC 相当。1953 年12月，计算机小组工作分成了两部分：由夏培肃负责基本逻辑电路、运算器、控制器的设计，由吴几康负责存储器的设计。吴几康研制的宽带放大器，使微弱信号达到逻辑运算的电平，成功实现了存储功能。夏培肃完成了第一台电子计算机运算器和控制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理讲义。
在计算机初始阶段，中国主要是学习苏联的计算机技术进行仿造。1956年，政府决定把计算机纳入到即将制订的科学发展长期规划中。在12年科学技术发展远景规划中，把开创中国的计算技术事业等项目列为四大紧急措施之一。任务的大体进度是，从1957年起，着重解决快速通用数字计算机的设计与制造，并在此基础上掌握制造各种电子计算机的基本技术。
1956年6月，中国科学院计算技术研究所（简称中科院计算所）筹备委员会成立。筹备委员会确立了立足国内“先仿制，后自行设计”的原则，引进了苏联的M-3和БЭCM-II两台计算机图纸资料，通过对这两台计算机进行仿制与改进工作的实践，建立了中国自己的计算机科研队伍、工业生产队伍、应用队伍和管理队伍。筹备委员会按照规划中提出的“先集中，后分散”的组建原则，以中国科学院（简称中科院）为主，集中了当时第二机械工业部十局（后来的四机部）、军委总参三部、国防五院（后来的七机部）和高等院校几方面的科技力量，通过这种大协作的方式组织国内自己的力量进行生产和调试，并于1958年8月和1959年9月分别研制成功中国第一台小型电子管数字计算机（103 计算机）和第一台大型通用电子管数字计算机（104 计算机）。这两种电子管计算机的相继推出，为中国解决了大量过去无法计算的经济和国防等领域的难题，填补了中国计算机技术的空白，成为中国计算机事业起步阶段的重要里程碑。
计算技术专业人才是计算机可持续发展的一个先决条件。为了培养人才，中科院计算所筹备委员会在国内实行训练班计划，主要是面向全国抽调高校在学的三、四年级学生来北京，开办计算机训练班和计算数学训练班，简称机器班和数学班。1957—1959 年，清华大学、哈尔滨军事工程学院、北京大学和中国科技大学等一批高等院校先后开设了电子计算机专业或计算数学专业。
随着103 和104 计算机的研制成功，中国在自行设计的电子管计算机的研制上，也取得了积极进展，陆续研制了107、红旗等一批电子管计算机。其中107型计算机源于1953年4月中科院数学所计算机科研小组提出的制造一台串行电子管计算机的设想。它对过去在近代物理所设计的计算机进行了修改，将示波管存储器改为磁心存储器。107计算机除为教学服务外，还接受了潮汐预报计算、原子反应堆射线能量分布计算等任务。
随着国内计算机研究的进展，中国也针对国防需求研制了一批计算机，其中比较典型的有国防科学技术工业委员会（简称国防科工委）下达任务制造的119型计算机。119机是国防科工委参照美国的SAGE即“半自动地面防空系统”，提出研发中国自己的类似系统。该机是基于晶体管进行设计，但由于当时国产晶体管还不能立即供应，因此先用电子管完成了109甲机（后来被称为119机）。在119机上还建立了中国自行设计的编译系统。119机是一台大型通用数字电子管计算机，用于中国第一颗氢弹研制的计算任务、全国首次大油田实际资料动态预报的计算任务等。
总体而言，中国第一代电子计算机研制的主要推动力是军事应用，民用计算机的需求还不很强烈。这一时期的计算机主要用于科学计算和国防。其中104机和119机分别在原子弹和氢弹研制中发挥了重要作用。在这个阶段，中国分别研制了几十台计算机，包括高性能通用计算机、各种专用计算机以及各种配套设备，提供给国防部门使用，使得中国在计算机的国产化上掌握了重要的技术能力。
2） 晶体管计算机的研制
中国在研制第一代电子管计算机的同时，已开始研制第二代晶体管计算机，晶体管计算机研制的主要障碍是中国当时半导体器件不能满足计算机技术的要求，晶体管的工作寿命短和不稳定是两大主要问题。1962年5月，解放军军事工程学院（简称哈军工，现为国防科技大学）研制出了“隔离-阻塞振荡器”，解决了晶体管性能不稳的问题，为当时晶体管计算机的研制提供了条件。
1964年11月，在当时国际环境非常困难的情况下，哈军工研制成功了441-B机，该机是用国产半导体元器件研制成功的中国第一台晶体管通用电子计算机。计算速度为8000次/s，样机连续工作268 h 未发生任何故障。之后，国防科工委全面公开441-B的电路和图纸资料，哈军工举办培训班，在全国范围内进行441-B复制和推广集训。
1965年6月中国科学院研制成功了109乙晶体管大型通用数字计算机，运算速度达到定点运算9万次/s，浮点运算6 万次/s，所用器材全部为国产。与此前研制的119型电子管计算机相比，不仅运算速度提高，机器的器件损坏率和耗电量均降低很多，计算机的平均连续稳定时间也有延长。该机在国民经济和国防部门得到广泛应用。两年后，中科院计算所又研制成功109丙晶体管大型通用数字计算机，这是一台具有分时、中断系统和管理程序的计算机。109丙机是一台专为“两弹一星”服务（2台分别安装在二机部供核弹研究用和七机部供火箭研究用）的计算机，在中国两弹试验中发挥了重要作用，为中国航天战略武器、运载火箭的多个型号从方案设计到定型生产多个阶段的理论计算，提供过大量重要数据和决策依据，这台计算机的使用时间长达15年，被誉为“功勋计算机”。由于109乙机的高性能和广泛应用，该机的研制成功，表明中国进入了电子计算机的“第二代”。
在晶体管计算机研制时期，中国计算机研制进入高速追赶国际先进水平的阶段。全国各界都在进行学习、研制，特别是中国工业部门在第二代晶体管计算机研制与生产中已发挥重要作用。如华北计算所先后研制成功108机、108乙机（DJS-6）、121机（DJS-21）和320机（DJS-6），并在738厂等5家工厂生产，其中108乙机参加了中国发射第一颗人造地球卫星的任务等。这一时期，中国的计算机制造水平逐渐成熟，稳定性得到极大提高，器件损坏和耗电量均大大降低。
中国的第二代晶体管计算机大部分是20世纪70年代以前研制的，中国第一、二代计算机的系统软件大多是自己开发，早期以苏联的算子法为指导思想，1962年以后转到以ALGOL60为基础的编译技术，开发了BCY、BX119等编译系统。但总体而言，中国第一代和第二代计算机主要侧重于硬件的研发。
3） 集成电路计算机的研制
早期计算机通常由于体积庞然，多在专业部门（如国防领域）使用。集成电路计算机是继电子管计算机、晶体管计算机之后的第三代电子计算机。由于它采用了集成电路，因而具有体积小、存储容量大、计算速度快、性能稳定可靠以及耗电量少等优点。从第一代电子管计算机到第三代小规模集成电路计算机，计算机尺寸在不断缩小，稳定性在提高，计算速度在加快，价格也不断降低，日益走进普通市场。国际上，1964年4月7日IBM发布了360系统，它解决了计算机产业发展一系列难题：模块化、系列化、标准化、兼容性、扩展性、可升级性。这也成了中国计算机走过的发展道路。1968年7月至1971年5月中科院计算所研制成功中国第一台小规模集成电路通用数字电子计算机111 机。1976 年11 月，中科院计算所研制成功了大型通用集成电路通用数字电子计算机013机。
根据中国关于广泛发展电子计算机应用的规划，1973 年元月第四机械工业部在北京召开了“电子计算机首次专业会议”（即7301会议），总结了20世纪60年代中国计算机研制都是为特定工程任务服务，不能形成批量生产的教训，决定放弃单纯追求提高运算速度的技术政策，确定了发展系列机的方针，提出联合研制小、中、大3个系列计算机的任务，以中小型机为主，着力普及和运用。7301会议在中国计算机发展史上具有重要意义，确定了把发展系列机作为当前发展方向。会议结束后，四机部立即着手组织DJS-100 系列和DJS-200系列计算机的研制工作。由于这次会议，直接导致了20世纪70年代中期到80年代初中国计算机工业的初步形成。
1973 年8 月26 日，中国研究成功百万次电子数字计算机DJS-11机（即150机），该机每秒运算100万次，主内存130 K，采用集成电路器件，为中国石油勘探、气象预报、军事研究、科学计算等领域做出很多贡献。围绕该机，北京大学等单位配套研制了BD200语言及编译环境。BD200语言是一项当时全新的程序设计语言，有FORTRAN、ALGOL和COBOL的若干特点。BD200语言及其编译环境还被配置到于1974年交付使用的集成电路中型计算机6912（当时第四机械工业部命名为DJS-18）。配置BD200 语言及编译环境的150机和6912机得到了当时的广泛使用，代表了当时中国计算机的水平。
1974 年8 月DJS-130 小型多功能计算机分别在北京、天津通过鉴定，中国DJS-100系列机由此诞生。100系列计算机的研制对于文革期间坚持中国计算机事业的发展具有重要的意义，它带动了中国的计算机产业、计算机器件和计算机应用的发展。1975年清华大学等单位又开始DJS-140计算机研制，自行设计国产中规模集成电路，重点突破磁盘等外部设备。之后，131、132、135、140、152、153等共13个机型先后研制成功，近31个厂点生产，至1989年底共生产了近千台。这标志着系列化计算机产品逐步形成，使得中国计算机工业走上系列化批量生产的道路。
继DJS-100系列机之后，华北计算技术研究所等单位开始研制180系列机，先后共研制生产了DJS-183、184、185、186 和1804 共5 个机型。它在研制成功DJS-180系列小型机后，华北计算所又推出了NCI－2780超级小型机、TJ-2000系列机及AP数组处理机等产品，其中2000系列机全部装备了中国航天测控领域所有地面测控系统。
DJS-200 系列机的联合设计始于1973 年。由华北计算技术研究所、北京有线电厂和北京大学等15个单位承担。200 系列机工程中落实了集成电路和外部设备的配套工作，将5位代码改为国际标准的8位代码，并开发了磁盘操作系统，推动了外部设备的发展，使计算机的性能大大提高，并创造了与国际兼容的条件。DJS-200系列机的总体方案强调了软件在系列机设计中的重要性。1975 年，南京大学还研制了相应的DJS200／XT1 操作系统，成为中国最早可以使用的较为完备的操作系统。DJS-200系列机操作系统的研制是中国软件从科研走向产品的转折点。
1977 年夏，性能上同样达到百万次运算速度的集成电路计算机151-3研制成功。1978年10月，200万次集成电路大型通用计算机系统151-4通过国家验收。1980年，151集成电路计算机装在“远望”号测量船上，南征太平洋，为完成中国首次洲际导弹飞行测量任务起到很大作用。
之后，中国又研制了655型（电子部32所）、151机（国防科学技术大学，简称国防科大）、1001中型集成电路计算机和每秒可运算500万次的HDS-9机（华东计算技术研究所），这标志着中国计算机行业已完成了从第二代向第三代的过渡。
在大型机研制的同时，1977 年中国研制开发了DJS-050 和DJS-060 系列微机软件产品，这2个系列计算机的出现促进了中国微型计算机产业的发展。1977年至20世纪80年代初，中国陆续研制成功DJS-051、052、053、054、055微型机以及060、062、063微型机，还组织了台式微型机以及用于工业控制的一位机和四位机的研制。
总体而言，这一阶段的特点是：通过应用促进计算机研制的发展，为大型应用系统工程配套实现了产用结合，推动了微型机的国产化。
4 ） 计算机系统研制进入快速发展
经历了20 世纪50 年代至70 年代的发展，中国建立了从芯片设计制造到计算机系统设计等完整的工业体系，为后续中国计算机事业的发展奠定了坚实的基础。20世纪80年代开始，随着国家改革开放的政策，中国计算机事业进入了快速发展阶段，计算机系统研制从跟踪国外先进技术到实现技术超越。
高性能计算机是一个计算机集群系统，通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，利用被连接系统的综合计算能力处理大型计算问题。它是衡量一个国家综合国力的重要标志，是国家信息化建设的根本保证。1964年诞生的CDC6600被公认为国际上第一台高性能计算机。而从1980年前后开始，中国高性能计算机才起步，主要按照两条路线走：超级计算机与服务器。
1983年中科院计算所完成大型向量机——757 机，计算速度达到每秒1000万次。同年，国防科大研制成功“银河I 号”巨型计算机，运算速度达1 亿次/s。银河-I巨型机是中国自行研制的第一台亿次计算机系统。该系统研制成功填补了国内巨型机的空白，同时，银河巨型机的诞生使中国成为世界上为数不多能研制巨型机的国家之一。在中国计算机研究和制造领域中，银河巨型计算机的研制成功，为20世纪80年代中国计算机工业写下了最为辉煌的一页，成为中国计算机工业的骄傲。银河-I巨型机是中国高速计算机研制的一个重要里程碑，给中国在高性能计算机领域的研发带来了突破，并推动了高性能计算机的快速发展。这2个型号计算机还配备向量Fortran编译系统，能够有效地支持Fortran 语言程序在机器上编译和执行。
超级计算机面向军事应用、定制系统为主，国内代表超级计算机有国防科学技术大学的银河系列超级计算机、江南计算所的神威系列超级计算机以及依托于中科院计算所的国家智能计算机研发中心的曙光系列超级计算机。这些高性能计算机主要为国家战略应用服务，代表了国家超级计算机的最高水平。中国超级计算机经历了向量机及共享存储、大规模并行机、机群、异构机群以及超大规模异构机群等几大技术发展，在全世界超级计算机Top500排行榜上不断突破，从20世纪90年代初的百名以外到2012年“天河一号A”和2013年“天河二号”分别获得排名世界第一，中国的超级计算机技术发展水平取得了质的跨越。到目前为止，中国是继美国、日本之后的第三大超级计算机的生产国。
1992年国防科大研究成功银河-II通用并行巨型机，峰值速度达每秒4亿次浮点运算（相当于每秒10亿次基本运算操作），总体上达到20世纪80年代中后期国际先进水平。为了配合该机运行，国防科大还研制了并行向量Fortran编译系统。该系统可同时支持宏任务与微任务两种方式的多任务并行编程，在中国的中长期天气预报业务中发挥了重要作用。1997年国防科大研制成功银河-III百亿次并行巨型计算机系统，采用可扩展分布共享存储并行处理体系结构，由130多个处理结点组成，峰值性能为每秒130亿次浮点运算。为支持银河-III巨型机的分布式共享存储结构，国防科技大学还研制了面向多目标机，支持C、C++、Fortran多种语言，并具有统一中间代码结构的高性能优化编译系统。该系统为中国军队现代化、科学研究和国民经济建设发挥了重要作用。此后，2000年，国防科技大学在银河计算机上还研制了基于OpenMP的并行编程环境，江南计算所也于2001年研制完成OpenMP编译系统，可支持上千处理器规模。
从20世纪90年代初开始，国际上采用主流的微处理机芯片研制高性能并行计算机已成为一种发展趋势。国家智能计算机研究开发中心于1993年研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机。1995 年，国家智能机中心又推出了国内第一台具有大规模并行处理机（MPP）结构的并行机曙光1000（含36个处理机），峰值速度每秒25亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。
随着国民经济的发展，民用需求日益增长，但在20世纪80年代却只能通过进口产品得以满足，并且气象和金融等关键部门从国外引进计算机的指标要受“巴统组织”（针对社会主义国家的输出管制统筹委员会）的限制，国产商品化高性能服务器市场一片空白。曙光、浪潮以及联想等企业研制了一系列面向市场的国产服务器，开辟了中国的国产化服务器市场。
国产超级计算机和服务器产业快速发展的同时，国产计算机核心芯片也得到了国家的重视，事实上，在研制国产超级计算机和服务器的一开始，中国就进行了一系列核心芯片的自主设计和制造。随着中国处理器芯片获得的重要进展，一批基于国产处理器芯片的超级计算机也被研制成功。
在操作系统方面，除了早期针对计算机的定制操作系统外，20世纪80年代末开始，政府和产业界就支持和鼓励国产自主操作系统开发和发展逐步达成了共识。而随后国际上Linux 开源热潮也在很大程度上对中国操作系统的发展产生了重要影响，即使如此，一批操作系统项目，如：COSIX操作系统、麒麟操作系统、红旗操作系统、安全操作系统、嵌入式操作系统等项目，被列入国家技术攻关计划，这些操作系统的研制和应用为国家安全和国民经济产生了积极的作用。
5） 微型计算机产业
与国外一样，中国第四代计算机的研制也是从微机开始的。改革开放的热潮把正在重振雄风的中国电脑业，一下子推向了市场竞争的最前沿。与此同时，1980年前后，中国高性能计算机也开始飞速发展。
虽然早在1977 年，清华大学等单位就研制出中国早期的微型电脑DJS050，但由于技术原因一直未能大批量生产。
中国微机的雏形是1983年12月电子部六所开发成功的微型计算机长城100（DJS-0520微机），该机具备了个人电脑的主要使用特征。直至1985年中国成功研制出第一台具有字符发生器汉字显示能力、具备完整中文信息处理功能的国产微机长城0520CH，标志着中国微机产业进入了一个飞速发展的时期。
1985年11月，中科院计算所研制成功联想式汉字微型机LX-PC 系统。该系统是在IBM-PC（包括XT、AT及其兼容机）微型计算机基础上，通过安装自行设计的联想式汉卡和汉化操作系统而构成。随着联想品牌的逐渐打响，以销售联想汉卡为主的计算所公司也因此改名为联想集团。
在长城、联想的带动下，国内涌现出一大批电脑制造企业，如四通、方正、同创、实达等，成为带动中国电脑业发展的龙头。
自20世纪80年代中期以来，中国的个人电脑产业一直紧跟国际步伐。并且随着长城和联想等个人电脑企业的崛起，中国基本上与国际同步地推出每一代集成最新技术的个人电脑。在与国外品牌的竞争中，联想成为全球第三大PC制造商，市场占有率位居国内市场第一，表明中国微机产业已达国际先进水平。
第四代计算机从适用于个人的微型机，到大型科学计算的高性能计算机都有了巨大的发展，给社会带来了巨大的经济效益和社会效益。它不仅广泛应用于军事国防、金融、政府、通信等领域，并且在商业、科技、生产等各种大中小型企业单位得到了推广。另外，国产服务器经过20余年的发展，如今已经成为中国计算机产业的重要力量，以曙光、浪潮为代表的服务器产品被广泛地应用在国内外科研、教育、政府、石化、电信、军队、保险、交通、出版、银行等行业。
6 ） 中国计算机系统发展小结
综观中国计算机的研制历程，从103机、109乙机、150 机、银河-I、曙光1000、曙光2000、天河一号到天河1A，走过了一段不平凡的历程。科研人员艰苦卓绝的奋斗，使中国的研制水平从与国外的差距整整一代直至达到国际前沿水平。中国自主研发的计算机为国防和科研事业做出了重要贡献，并且推动了计算机产业的发展。与此同时，中国计算机事业的发展呈现出多元化的发展趋势，与国外发达国家基本同步形成了一系列新的学科，这些学科也获得了快速的发展，很多领域在技术研发或产业化上，达到甚至超越了同期国外水平。
作者简介：
1. 陶建华，中国科学院自动化研究所，研究员，研究方向为人工智能；
2. 刘瑞挺，南开大学计算机与控制工程学院；
3. 徐恪，清华大学计算机科学与技术系；
4. 韩伟力，复旦大学计算机科学技术学院；
5. 张华平，北京理工大学计算机学院；
6. 于剑，北京交通大学计算机与信息技术学院；
7. 田丰，中国科学院软件研究所；
8. 梁晓辉，北京航空航天大学计算机学院。
注：本文发表在《科技导报》2016年第14期
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