第1章--計算機發(fā)展簡史.ppt

計算機導(dǎo)論課件說明 該課件是袁方 王兵 李繼民編著 清華大學(xué)出版社2009年7月出版的計算機導(dǎo)論 第2版 的配套課件 課件中的部分圖片來源于互聯(lián)網(wǎng) 向有關(guān)圖片的提供者和網(wǎng)站表示感謝 第1章計算機發(fā)展簡史 需要是發(fā)明之母 NecessityistheMotherofInvention 計算工具及計算技術(shù)是隨著人類實踐的需求逐步發(fā)展起來的 第1章計算機發(fā)展簡史 1 1第一臺電子數(shù)字計算機的誕生1 2計算機的發(fā)展1 3中國計算機發(fā)展簡史1 4著名的計算機公司1 5著名的計算機科學(xué)家1 6計算機學(xué)術(shù)組織1 7計算機獎項1 8本章小結(jié) 1 1第一臺電子數(shù)字計算機的誕生 早期的計算工具機械計算機機電計算機電子計算機 1 1 1早期的計算工具 手指 人們習(xí)慣于十進(jìn)制計數(shù)法與此有關(guān) 結(jié)繩 結(jié)之多少 隨物眾寡 算籌 祖沖之的圓周率就是借助算籌計算出來的 運籌帷幄之中 決勝千里之外 算盤 從唐朝一直延續(xù)到現(xiàn)在 仍有人在使用 算盤 算籌 1 1 2機械計算機 1614年 英國數(shù)學(xué)家約翰 納皮爾發(fā)明簡化乘除運算的納皮爾骨條 1620年 英國數(shù)學(xué)家埃德蒙 岡特發(fā)明對數(shù)計算尺 1624年 英國數(shù)學(xué)家威廉 奧垂德發(fā)明了圓形滑動計算尺 計算尺 對數(shù)計算尺 1 1 2機械計算機 1642年 法國科學(xué)家帕斯卡發(fā)明了齒輪式能實現(xiàn)加減法運算的計算器Pascaline 1673年 德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨建造了一臺能進(jìn)行加減乘除四則運算的機械式計算機 帕斯卡計算器 萊布尼茨計算器 1 1 2機械計算機 1820年 法國人德 考爾瑪改進(jìn)了萊布尼茨的設(shè)計 研制了第一臺實用的機械計算機 并實現(xiàn)了1500臺的批量生產(chǎn) 1847年 英國數(shù)學(xué)家 邏輯學(xué)家喬治 布爾發(fā)明了布爾代數(shù) 邏輯學(xué)走進(jìn)了數(shù)學(xué)的領(lǐng)域 1872年 美國人弗蘭克 鮑德溫開始建立美國的手搖計算器工業(yè) 直到1960年代電子計算機的出現(xiàn) 手搖計算器一直是主要的計算工具 手搖計算機 1 1 2機械計算機 1777年 英國的查爾斯 馬洪發(fā)明了邏輯演示器 1822年 英國數(shù)學(xué)家巴貝奇研制成功差分機 1833年 巴比奇設(shè)計出了分析機模型 這個模型包括了現(xiàn)代計算機所具有的5個基本組成部分 P5 差分機 1 1 3機電計算機 1886年 美國統(tǒng)計學(xué)家霍勒瑞斯用電磁繼電器代替一部分機械元件 制成了第一臺機電穿孔卡系統(tǒng) 制表機 1941年 德國工程師祖斯研制成功全部采用繼電器的計算機Z 3 這是世界上第一臺完全由程序控制的機電計算機 1944年 美國哈佛大學(xué)教授霍華德 艾肯設(shè)計的機電計算機Mark 投入運行 在哈佛大學(xué)服役了15年 Mark II的研制過程中 創(chuàng)造了bug一詞的新用法 馬克一號計算機 1 1 4電子計算機 1937年 美國衣阿華州立學(xué)院的阿塔納索夫教授就開始進(jìn)行研制電子計算機的探索 第一臺電子計算機ENIAC的設(shè)計者莫奇利曾經(jīng)看過他的關(guān)于電子計算機設(shè)計的筆記本 1946年2月15日 世界上第一臺電子數(shù)字計算機在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生 1 1 4電子計算機 電子計算機ENIAC 1 1 4電子計算機 ENIAC的基本情況30多歲的莫奇利提出總體設(shè)計 24歲的埃克特負(fù)責(zé)工程技術(shù)問題 年輕的戈爾斯坦負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào) 占地面積170平方米 用了大約18000只電子管 1500個繼電器 70000只電阻 l8000只電容 耗資近49萬美元 重30噸 運算速度為每秒5000次加法 耗電量驚人 功率為l50千瓦 常常因為電子管燒壞而需要停機檢修 存儲容量小 至多只能存20個字長為l0位的十進(jìn)制數(shù) 與后來的存儲程序型的計算機不同 它的程序是外插型的 使用很不方便 1 2計算機的發(fā)展 第一代計算機第二代計算機第三代計算機第四代計算機第五代計算機計算機的發(fā)展趨勢計算機的分類計算機的特點計算機的應(yīng)用領(lǐng)域 電子管 晶體管 集成電路芯片 1 2 1第一代計算機 主要特點 1946 1958 用電子管代替機械齒輪和繼電器作為基本元器件 運算速度一般為每秒幾千次至幾萬次 采用二進(jìn)制形式 程序設(shè)計語言為機器語言 程序可以存儲 使用水銀延遲線 靜電存儲管 磁鼓 磁芯等作為存儲器 輸入輸出裝置主要用穿孔卡片 速度很慢 1 2 1第一代計算機 應(yīng)用領(lǐng)域主要用于科學(xué)計算 代表機型IBM公司的IBM700系列 P10 1 2 2第二代計算機 主要特點 1959 1964 用晶體管代替了電子管 采用磁芯存儲器作主存 采用磁盤與磁帶作輔存 出現(xiàn)了匯編語言和高級語言 出現(xiàn)了監(jiān)控程序 作為現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)的許多新技術(shù)相繼出現(xiàn) 出現(xiàn)了超級計算機 1 2 2第二代計算機 應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算 數(shù)據(jù)量不大 運算強度大 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)量大 運算強度不大 實時控制 及時性要求高 代表機型IBM7000系列 P11 1 2 3第三代計算機 主要特點 1965 1970 用集成電路取代了晶體管 用半導(dǎo)體存儲器淘汰了磁芯存儲器 走向了系列化 通用化和標(biāo)準(zhǔn)化 操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展 出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化 模塊化程序設(shè)計方法 出現(xiàn)了小型計算機 1 2 3第三代計算機 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展 代表機型IBM360系統(tǒng) P12 PDP系列小型機 P13 1 2 4第四代計算機 主要特點 1971 用微處理器或超大規(guī)模集成電路取代了普通集成電路 存儲容量進(jìn)一步擴大 輸入采用了光學(xué)字符識別和條形碼等技術(shù) 高級程序設(shè)計語言得到廣泛使用 P13 微型計算機進(jìn)入了千家萬戶 互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用 形成所謂的地球村 巨型計算機也得到快速發(fā)展 1 2 4第四代計算機 應(yīng)用領(lǐng)域幾乎覆蓋到人類生活的各個領(lǐng)域 代表機型IBM4300系列 3080系列 3090系列等 P14 1 2 5第五代計算機 研究目標(biāo)使計算機能夠具有像人一樣的思維 推理和判斷能力 向智能化發(fā)展 實現(xiàn)接近人的思維方式 研究成果由于各種因素的制約 并沒有完全實現(xiàn)預(yù)期的研究目標(biāo) 所以目前的計算機仍屬于第四代計算機 但這一時期在智能計算機領(lǐng)域完成了大量的基礎(chǔ)性研究工作 促進(jìn)了人工智能和機器人技術(shù)的發(fā)展 目前 日本 美國的機器人技術(shù)是世界上最先進(jìn)的 1 2 6計算機的發(fā)展趨勢 巨型化功能特別強大 用于解決一些特別復(fù)雜的攻關(guān)難題 如國防安全 中長期天氣預(yù)報 地質(zhì)勘探等 2008年6月 IBM研制出世界上最快的超級計算機Roadrunner 運算速度超過每秒1000萬億次浮點運算 全世界60億人每天24小時 每周7天執(zhí)行純手工計算 需要46年時間才能完成Roadrunner一天的工作量 Roadrunner占地540平方米 總重227噸 造價約1億美元 主要用于美國核武器模擬及天文 能源 人類基因科學(xué) 氣候變化等方面的研究 1 2 6計算機的發(fā)展趨勢 1 2 6計算機的發(fā)展趨勢 微型化在保持計算機功能的前提下 使其體積越來越小 臺式機 筆記本 掌上電腦 嵌入式計算機就是微型化的體現(xiàn) 1 2 6計算機的發(fā)展趨勢 網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 才能真正做到資源共享 計算機才能發(fā)揮更大的作用 給人們的的日常生活帶來更大的便利 智能化計算機處理過程化的計算工作及事務(wù)處理工作已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平 是人力望塵莫及的 但在智能性工作方面 計算機還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人腦 如何讓計算機具有人腦的智能 模擬人的推理 聯(lián)想 思維等功能 是一個重要發(fā)展方向 1 2 7計算機的分類 超級計算機體積最大 速度最快 功能最強 價格也最高 主要為國家安全 空間技術(shù) 天氣預(yù)報 石油勘探 生命科學(xué)等領(lǐng)域的高強度計算服務(wù) IBM的Roadrunner 我國的星云和曙光5000A都屬于超級計算機 大型計算機高性能大容量的通用計算機 標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu)和批量生產(chǎn) 在銀行 稅務(wù) 大型企業(yè) 大型工程設(shè)計等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 IBM360 IBM4300和IBM3090等是典型代表 1 2 7計算機的分類 小型計算機介于微型計算機和大型計算機之間的一種計算機 PDP系列 VAX 11系列等是代表 逐步被高性能微機取代 工作站配備有大屏幕顯示器 大容量存儲器和圖形加速卡的微型計算機 逐步被高性能微機取代 1 2 7計算機的分類 微型計算機臺式計算機和筆記本計算機個人數(shù)字助理單片機和嵌入式計算機服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)為客戶端計算機提供各種服務(wù)的高性能計算機 強調(diào)高速的運算能力 長時間的可靠運行 強大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力 1 2 8計算機的特點 運算速度快世界上最快計算機的運算速度已超過1000萬億次每秒 我國研制的最快計算機的運算速度達(dá)到233萬億次每秒 運算精度高我國古代著名數(shù)學(xué)家祖沖之計算出圓周率 的值在3 1415926 3 1415927之間 這是當(dāng)時非常了不起的成就 國外有位著名數(shù)學(xué)家整整花了15年的時間 才把圓周率 的值計算到小數(shù)點后707位 計算機用602個小時將圓周率計算到小數(shù)點后12411億位 1 2 8計算機的特點 記憶能力強如果按純文本方式存儲 80GB的硬盤可以存儲13000多部300萬字的大部頭書籍 判斷能力好計算機和人下棋 機器人足球比賽 自動運行在程序的控制下自動運行 1 2 9計算機的應(yīng)用領(lǐng)域 科學(xué)計算大型工程設(shè)計 航空航天 石油勘探 核能利用 地震預(yù)報與監(jiān)測和天氣預(yù)報等 信息處理各種管理系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng) 過程控制火星探測器 宇宙飛船 汽車自動裝配 數(shù)控機床 無人偵察機 導(dǎo)彈的巡航飛行等都需要計算機控制 失之毫厘 差之千里 1 2 9計算機的應(yīng)用領(lǐng)域 計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計 CAD 計算機集成制造系統(tǒng) CIMS 計算機輔助軟件工程 CASE 計算機輔助教學(xué) CAI 人工智能IBM公司研制的深藍(lán)計算機系統(tǒng) 1997年5月 以2勝1負(fù)3平的成績戰(zhàn)勝1985年以來一直占據(jù)世界冠軍寶座的卡斯帕羅夫 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用截至2009年6月30日 我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到3 38億人 居世界第一 網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用于人們的工作 生活和娛樂中 1 3中國計算機發(fā)展簡史 1956年8月 成立了以著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授為主任的中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所籌備委員會 1958年8月1日 我國第一臺通用小型計算機 103機研制成功 仿制前蘇聯(lián)的M 3小型機 1959年10月1日 我國第一臺大型通用計算機 104機研制成功 仿制前蘇聯(lián)的B CM大型機 1960年 我國第一臺自行設(shè)計的計算機 107機研制成功 運算速度為250次每秒 1964年 我國第一臺自行設(shè)計的大型通用計算機 119機研制成功 浮點運算速度為5萬次每秒 1 3中國計算機發(fā)展簡史 1965年4月 我國第一臺自行設(shè)計的晶體管計算機441 B通過國家鑒定 運算速度為1 2萬次每秒浮點運算 1967年9月 大型通用晶體管計算機109丙研制成功 浮點運算速度為11 5萬次每秒 1972年正式交付使用的111計算機 采用小規(guī)模集成電路 1973年8月 集成電路計算機150機研制成功 1985年 研制成功與IBMPC機兼容的長城0520CH微機 1983年11月 研制成功我國第一臺大型向量機 757機 1 3中國計算機發(fā)展簡史 1983年11月 運算速度為1億次每秒的向量巨型計算機銀河 在國防科技大學(xué)研制成功 1992年11月 研制成功10億次每秒的銀河 1997年6月 研制成功130億次每秒的銀河 1 3中國計算機發(fā)展簡史 1993年10月 中科院計算所研制成功曙光一號計算機 1995年以后 研制成功曙光1000 2000 3000 4000A 2008年6月 超級計算機曙光5000A研制成功 使用了6600顆AMD巴塞羅那型4核處理器 峰值運算速度達(dá)到每秒230萬億次 世界高性能計算機排名第十 2010年5月 http www top500 org list 2010 06 100 1 3中國計算機發(fā)展簡史 2002年9月 我國首枚具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能通用CPU芯片 龍芯1號通過鑒定 2006年9月 增強型龍芯2號 龍芯2E通過鑒定 主頻最高達(dá)到1GHz 定點運算速度達(dá)到每秒20億次 2007年5月2日 性能更優(yōu)的龍芯2F開始流片 1 4著名的計算機公司 Intel公司IBM公司微軟公司聯(lián)想集團(tuán)公司 1 4 1Intel公司 成立于1968年 名字取自兩個英文單詞Integrated和Electronic的組合 中文翻譯成英特爾 1971年 推出了世界上第一枚微處理器4004 1978年后 陸續(xù)推出8086 286 386 486 1993年后 陸續(xù)推出Pentium P2 P3 P4 目前還有超線程 多核CPU等 1 4 2IBM公司 IBM公司的全稱為國際商業(yè)機器公司 InternationalBusinessMachinesCorporation 早期產(chǎn)品是打孔卡片制表機 1952年12月研制出IBM第一臺存儲程序計算機IBM701 IBM公司逐步占據(jù)了計算機制造業(yè)的霸主地位 大型計算機有IBM700系列 7000系列 360系列 4300系列等 個人計算機有IBMPC系列 超級計算機有IBMBlueGene系列 1 4 3微軟公司 微軟公司誕生于1975年 由比爾 蓋茨和保羅 艾倫創(chuàng)立 1975年7月 他們與MITS簽署協(xié)議 允許MITS在全世界范圍內(nèi)使用和轉(zhuǎn)讓Basic及源代碼 蓋茨他們獲利18萬美元 1981年6月 為IBMPC機開發(fā)出操作系統(tǒng)MSDOS 在1985年到1995年間占據(jù)PC機操作系統(tǒng)的統(tǒng)治地位 1985年6月 開發(fā)出OS 2操作系統(tǒng) 贏利20億美元 1995年推出Windows95 逐漸取代了MSDOS 目前有辦公軟件 數(shù)據(jù)庫 瀏覽器 開發(fā)工具等 1 4 4聯(lián)想集團(tuán)公司 1984年10月成立 11名科技人員 20萬元資金 一間20平米的平房 早期產(chǎn)品是 聯(lián)想式漢字系統(tǒng) 聯(lián)想漢卡 1990年開始推出聯(lián)想微機 1996年 聯(lián)想微機首次位居國內(nèi)市場占有率第一 2005年5月1 聯(lián)想集團(tuán)以17 5億美元正式完成對IBM全球PC業(yè)務(wù)的收購 使聯(lián)想成為全球個人電腦行業(yè)的第三大供應(yīng)商 2006年度的營業(yè)收入達(dá)到1389億元 2008年北京奧運會贊助商 提供3萬臺計算設(shè)備 1 5著名的計算機科學(xué)家 計算機理論和結(jié)構(gòu)的奠基人阿倫 圖靈 A M Turing 1912 1954 馮 諾依曼 J vonNeumann 1903 1957 中國國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者吳文俊 1919 王選 1937 2006 金怡濂 1929 1 5 1圖靈 1936年 圖靈發(fā)表的論文論可計算數(shù)及其在判定問題中的應(yīng)用奠定了計算機理論基礎(chǔ) 圖靈提出的計算模型被稱作圖靈機 1950年10月 發(fā)表了論文計算機和智能 并提出了圖靈測試 美國計算機學(xué)會設(shè)有圖靈獎 1 5 2馮 諾依曼 1944年夏天 戈爾斯坦偶遇馮 諾依曼 后者了解了正在研制中的ENIAC 1945年6月30日 莫爾學(xué)院發(fā)布了馮 諾依曼總結(jié)的EDVAC方案 EDVAC奠定了現(xiàn)代計算機的基本結(jié)構(gòu) 明確了計算機的5個組成部分 采用二進(jìn)制計數(shù)和計算 采用存儲程序方式 1 5 3吳文俊 提出了全新的計算機證明幾何定理的吳方法 把邏輯推理問題轉(zhuǎn)換成計算問題 提出了求解非線性方程組的完整方法 目前從事數(shù)學(xué)機械化的研究 1 5 4王選 在漢字激光照排領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn) 漢字字形的壓縮和還原技術(shù) 以頁面描述語言為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程傳版新技術(shù) 開放式彩色桌面出版系統(tǒng) 新聞采編流程計算機管理系統(tǒng) 中國計算機學(xué)會設(shè)有王選獎 1 5 5金怡濂 在高性能計算機領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn) 參加了我國第一臺大型通用電子計算機 104機的研制 主持完成了多機并行計算機系統(tǒng)的研制 研制出國內(nèi)領(lǐng)先水平的并行計算機系統(tǒng) 主持研制成功神威巨型計算機系統(tǒng) 1 6計算機學(xué)術(shù)組織 電氣和電子工程師學(xué)會計算