計算機的前世今生

計算機的前世今生第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四Agenda第一章、計算機發(fā)展史第二章、計算機的組成及原理第三章、計算機的種類第四章、計算機的未來第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四第1章、計算機發(fā)展史

1.1計算機的史前史——計算工具的發(fā)展簡史人類和猿最重要的區(qū)別就是發(fā)明、制造和使用工具NecessityistheMotherofInvention–JoshBillings第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.1計算機的史前史

手動式計算工具–中國結繩：古書記載：“上古結繩而治”手指：十進制算籌：人造計算工具算盤：計算工具的重大改革＋遠古時代春秋時期元代后期第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.1計算機的史前史

(cont.)

手動式計算工具–外國石子：拉丁文中“Calculus”的原意是用于計算的小石子。Napier算籌：英國人發(fā)明對數計算尺：英國人發(fā)明。阿拉伯數字誰發(fā)明的？古巴比倫人采用60進制，瑪雅人采用20進制。遠古時代1617年1621年第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四Napier算籌示例：計算25×825×840＋16200用加法操作來實現乘法操作。

將復雜運算轉換為簡單運算。1.1計算機的史前史

(cont.)第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.1計算機的史前史

(cont.)機械式計算工具帕斯卡加法器：法國人發(fā)明。萊布尼茨四則運算器：德國人發(fā)明。穿孔卡片和雅各織布機：法國人發(fā)明

0101001000110100011001011642年1673年1804年第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四插播：布萊士.帕斯卡

BlaisePascal，1623－1662，法國數學家、物理學家、思想家

16歲時發(fā)現著名的帕斯卡六邊形定理。17歲時寫成《圓錐曲線論》物理學：發(fā)現帕斯卡定律；改進了水銀氣壓計

發(fā)明加法器《思想錄》：“人是一根能思考的葦草”；“人應該詩意地棲居在大地上，這是人類的一種追求一種理想”

為了紀念他，以他的名字作為壓強的單位（Pa）

Pascal—一種計算機程序設計語言也以他的名字命名第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四插播2：萊布尼茨

戈特弗里德·威廉·萊布尼茨（GottfriedWilhelmLeibniz，1646年－1716年）德國哲學家、數學家、自然科學家。被譽為十七世紀的亞里士多德。

和牛頓先后獨立發(fā)明了微積分。

“世界上沒有兩片完全相同的樹葉”

發(fā)明了二進制

最早研究中國文化和中國哲學的德國人

萊布尼茨四則運算器

符號大師：積分、微分符號、商“a/b”、

比“a:b”、相似“∽”,全等“≌”、函數、行列式等符號。第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.1計算機的史前史

(cont.)機械式計算工具—自動機械差分機：英國人（巴貝奇）發(fā)明。采用寄存器（齒輪式裝置）來存儲數據使計算工具從手動機械躍入自動機械。分析機：英國人（巴貝奇）發(fā)明。以齒輪為元件、以蒸汽為動力。具有存儲、運算、控制、輸入輸出裝置。未能實現。1822年1832年第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四歷史上第一位程序員奧古斯塔·愛達·拜倫（AugustaAdaByron）為分析機編制了人類歷史上第一批計算機程序。愛達和巴貝奇為后來計算機的出現奠定了堅實的基礎。ADA語言：美國軍方開發(fā)戰(zhàn)斗機等尖端武器的語言。愛達1.1計算機的史前史

(cont.)第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四

制表機：美國人發(fā)明。參與了美國1890年的人口普查。第一臺可以自動進行加減乘除運算、累計存檔、制作報表的機電式計算工具。

輸入、輸出、存儲均用穿孔卡片。人類歷史上第一次利用計算工具進行大規(guī)模數據的自動處理。1886年1.2計算機的古代史-機電式計算機第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四Z-1計算機：德國人發(fā)明。先后研制出Z-2、Z-3、Z-4。第一臺采用二進制和繼電器的，完全由程序控制的機電計算機。二進制、浮點記數法、帶存儲地址的指令等思想的實現。1938年1.2計算機的古代史-機電式計算機第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四計算機之父-圖靈（AlanTuring）二戰(zhàn)時參與研制Colossus，破譯德軍情報計算機之父、人工智能之父、破譯之父咬了一口蘋果，去世時僅42歲圖靈獎是計算機界的諾貝爾獎圖靈去世后約20年，兩名19歲大學生組裝了一臺完整的家用電腦，并成立公司，被命名為“蘋果”1943年1.2計算機的古代史-機電式計算機第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四ABC：美國人約翰.阿塔納索夫發(fā)明Atanasoff-BerryComputer采用電能與電子元件，使用了300個電子真空管采用二進位制，而非通常的十進位制采用電容器作為存儲器，可再生而且避免錯誤進行直接的邏輯運算，而非通常的數字算術為解決日常工作中的復雜方程式計算1939年1.3計算機的近代史-電子計算機第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四ENIAC：美國人發(fā)明。ElectronicNumericalIntegratorAndComputer其發(fā)明人莫克利借用了阿塔納索夫的研究成果和想法使用18000個電子管，占地167平方米，重達30噸。軍械部為計算彈道和射擊表啟動的計劃，賓夕法尼亞大學。二戰(zhàn)時基于軍事應用1.3計算機的近代史-電子計算機1946年第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四馮·諾依曼(VonNeumann)馮·諾依曼：計算機之父EDVAC報告草案馮·諾依曼機：現代計算機基本結構明確了計算機的5個組成部分采用二進制存儲和計算采用存儲程序方式，計算機自動執(zhí)行。1.3計算機的近代史-電子計算機第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四手動式計算工具20世紀60年代1.4計算工具的發(fā)展簡表機械式計算工具1642年1886年機電式計算機20世紀30年代電子計算機元代1300年算盤遠古1832年分析機計算器第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.5計算機的現代史第一代計算機（1946-1958）電子管(VacuumTubes)為基本元器件，運算速度為每秒幾千次至幾萬次采用二進制形式，程序設計語言為機器語言。程序可以存儲輸入輸出裝置主要用穿孔卡片，速度很慢。第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.5計算機的現代史第二代計算機（1959-1964）用晶體管(Transistors)代替了電子管采用磁芯存儲器作主存，磁盤與磁帶作輔存出現了匯編語言和高級語言；出現了監(jiān)控程序作為現代計算機體系結構的許多新技術相繼出現出現了超級計算機第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.5計算機的現代史第三代計算機（1965-1970）用集成電路(IntegratedCircuits)取代了晶體管。用半導體存儲器淘汰了磁芯存儲器。出現了結構化、模塊化程序設計方法。走向了系列化、通用化和標準化。操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展出現了小型計算機。第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.5計算機的現代史第四代計算機（1971-）用微處理器或超大規(guī)模集成電路(VLSI)取代了普通集成電路存儲容量進一步擴大。輸入采用了光學字符識別和條形碼等技術。高級程序設計語言得到廣泛使用。微型計算機進入了千家萬戶。互聯網廣泛應用。巨型計算機也得到快速發(fā)展。第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2、計算機的組成及原理計算機里有什么？第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2、計算機的內部結構第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.1存儲器第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四觸摸聲音傳感姿勢越來越自然2.2輸入設備第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四3D電子書投影全息投影越來越大越來越靚越來越無形2.3輸出設備第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.4硬件、操作系統(tǒng)、應用軟件的關系

硬件相當于家產，操作系統(tǒng)相當于管家，應用軟件相當于長工。第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四存儲器運算器控制器一套硬件，通過軟件，來控制實現不同的運算。通用計算模型2.5通用計算機模型

—硬件搭臺，軟件唱戲第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.6人類與計算機的溝通語言第30頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.7摩爾定律Intel創(chuàng)始人之一GordonMoore提出的當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這一定律揭示了信息技術進步的速度。第31頁，共33頁，2023年，2