計(jì)算機(jī)發(fā)展史

計(jì)算機(jī)發(fā)展史

目的是通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的工作原理有較深入的了解，對(duì)計(jì)算機(jī)的邏輯組成、工作方法、與外界的接口技術(shù)以及直接依賴于計(jì)算機(jī)邏輯和硬件結(jié)構(gòu)的機(jī)器碼、匯編語(yǔ)言編程方法有系統(tǒng)全面的了解，使學(xué)生受到微機(jī)方面的較嚴(yán)格的基本功訓(xùn)練，培養(yǎng)良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格和嚴(yán)密的邏輯思維能力，為今后繼續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。課程開設(shè)目的第2頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天課程的任務(wù)

課程的任務(wù)是以8088/8086CPU為硬件依托，學(xué)習(xí)微機(jī)匯編語(yǔ)言的基本概念、原理和程序設(shè)計(jì)的常用方法與技術(shù)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了解計(jì)算機(jī)硬件組成原理，主要的典型的硬件接口電路、控制電路的工作原理與特性，學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的全過(guò)程，建立微機(jī)系統(tǒng)的整體概念，使學(xué)生具有軟硬件開發(fā)的初步能力，也要對(duì)計(jì)算機(jī)核心硬件的發(fā)展有比較清楚的認(rèn)識(shí)。第3頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)17世紀(jì)最值得稱頌的計(jì)算機(jī)發(fā)明屬于法國(guó)科學(xué)家布萊斯·帕斯卡（B.Pascal）在電腦史前史里，帕斯卡被公認(rèn)為制造出機(jī)械計(jì)算機(jī)的第一人。第4頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天加法器1642年，帕斯卡19歲那年獲得了成功，制造出第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)“加法器”。第5頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天乘法器1674年巴黎，德國(guó)偉大的數(shù)學(xué)家、系統(tǒng)提出二進(jìn)制的運(yùn)算法則.

獨(dú)立發(fā)明微積分而與牛頓齊名的

萊布尼茨（G.Leibnitz）造出一臺(tái)更完善的機(jī)械計(jì)算機(jī)-“乘法器”第6頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天差分機(jī)19世紀(jì)20年代,英國(guó)劍橋大學(xué)科學(xué)家巴貝奇（C.Babbage）提出了“條件轉(zhuǎn)移”的概念第7頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天差分機(jī)

巴貝奇耗費(fèi)了整整10年時(shí)間，于1822年完成了第一臺(tái)差分機(jī)，可以處理3個(gè)不同的5位數(shù)，計(jì)算精度達(dá)到6位小數(shù)第8頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一次數(shù)據(jù)處理19世紀(jì)末，美國(guó)人口普查局的統(tǒng)計(jì)學(xué)家霍列瑞斯（H.Hollerith）博士，首先用穿孔卡完成了第一次大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。第9頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一臺(tái)制表機(jī)1889年霍列瑞斯制作了第一臺(tái)制表機(jī)。機(jī)器上裝備著一個(gè)計(jì)算器，當(dāng)紙帶被牽引移動(dòng)時(shí)，一旦有孔的地方通過(guò)鼓形轉(zhuǎn)輪表面，計(jì)數(shù)器電路就被接通，完成一次累加統(tǒng)計(jì)。第10頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一次把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制信息

霍列瑞斯博士的發(fā)明并不是通用計(jì)算機(jī)，除了能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表格外，制表機(jī)幾乎沒(méi)有別的什么用途，然而，制表機(jī)穿孔卡第一次把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制信息?；袅腥鹚沟某删褪顾Q身于“信息處理之父”的行列。第11頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天IBM1890年，霍列瑞斯創(chuàng)辦了一家專業(yè)“制表機(jī)公司”。然而不久，被CTR的公司（C代表計(jì)算，T代表制表，R代表記時(shí)）兼并.1924年公司更名為一個(gè)宏偉的名號(hào)—國(guó)際商用機(jī)器公司（英文縮寫IBM），專門生產(chǎn)打孔機(jī)、制表機(jī)等產(chǎn)品。第12頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天布爾（G.Boole）

數(shù)字計(jì)算機(jī)首先來(lái)源于理論突破，是邏輯代數(shù)為開關(guān)電路設(shè)計(jì)奠定了的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)，正是以它的創(chuàng)立者——英國(guó)數(shù)學(xué)家布爾（G.Boole）而命名。第13頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一臺(tái)電磁式的數(shù)字計(jì)算機(jī)1937年11月，美國(guó)AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室研究人員斯蒂比茲（G.Stibitz）做成了世界上第一臺(tái)電磁式的數(shù)字計(jì)算機(jī)。斯蒂比茲的妻子將它命名為“Model-K”第14頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC

1946年2月14日，恰逢當(dāng)年“情人節(jié)”，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)研制成功。這臺(tái)機(jī)器的名字叫“ENIAC”（埃歷阿克）。第15頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC

“ENIAC”——“電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)”

(TheelectronicnumericalintegratorandComputer)的英文縮寫。采用穿孔卡輸入輸出數(shù)據(jù)，每分鐘可以輸入125張卡片，輸出100張卡片。第16頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC

在ENIAC內(nèi)部，總共安裝了17468只電子管，7200個(gè)二極管，70000多電阻器，10000多只電容器和6000只繼電器，電路的焊接點(diǎn)多達(dá)50萬(wàn)個(gè)；在機(jī)器表面，則布滿電表、電線和指示燈。機(jī)器被安裝在一排2.75米高的金屬柜里，占地面積為170平方米左右，總重量達(dá)到30噸。第17頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIACENIAC的運(yùn)算速度達(dá)到每秒鐘5000次加法，可以在3/1000秒時(shí)間內(nèi)做完兩個(gè)10位數(shù)乘法，一條炮彈的軌跡，20秒鐘就能被它算完，比炮彈本身的飛行速度還要快。ENIAC標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)的創(chuàng)世，人類社會(huì)從此大步邁進(jìn)了電腦時(shí)代的門檻第18頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天英特爾公司創(chuàng)業(yè)1968年，諾依斯、摩爾和格羅夫（A.Grove）毅然退出“仙童”，根據(jù)摩爾的建議，把新建公司取名為“英特爾”（英文縮寫INTEL），寓意著“集成電子”。第19頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天英特爾公司創(chuàng)業(yè)1969年春，僅有106人的英特爾生產(chǎn)出它的第一個(gè)產(chǎn)品——64比特存儲(chǔ)器3101，這是全球第一枚半導(dǎo)體集成電路存儲(chǔ)器芯片，領(lǐng)先于其他公司10年；1970年，他們又研制出第一顆金屬氧化物半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片1101，容量擴(kuò)大到256比特。同年，代號(hào)為1103的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）問(wèn)世，宣告了磁芯存儲(chǔ)器的死亡。

第20頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一個(gè)微處理器40041971年1月，以馬西安·特德·霍夫?yàn)槭椎难兄菩〗M，完成了世界上第一個(gè)微處理器芯片。在3×4毫米面積上集成晶體管2250個(gè)，每秒運(yùn)算速度達(dá)6萬(wàn)次。它意味著電腦CPU已經(jīng)縮微成一塊集成電路，意味著“芯片上的電腦”誕生。第21頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一個(gè)微處理器4004第一塊微處理器芯片已屬大規(guī)模集成電路范疇。英特爾公司命名它為4004，第一個(gè)4表示它可以一次處理4位數(shù)據(jù)，第二個(gè)4代表它是這類芯片的第4種型號(hào)。這種數(shù)字代號(hào)沿用至今，就是現(xiàn)代所謂“386”、“486”等計(jì)算機(jī)俗稱的最早源頭。第22頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天16位微處理器80881979年，Intel公司推出16位微處理器8088，Intel8088(如圖)采用雙列直插DIP封裝，插在主板DIP插座中使用。8088的性能完全與8086相同，只是將外部數(shù)據(jù)總線改為了8位，目的是使其能直接使用和控制當(dāng)時(shí)的大量外設(shè)。也正是由于這一改進(jìn)，造就了Intel公司CPU產(chǎn)品的主流地位。第23頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天個(gè)人電腦新紀(jì)元

1981年8月12日，IBM公司選擇了Intel8088，配合其他設(shè)備推出了IBM-PCIBMPC個(gè)人電腦(PersonalComputer)人類社會(huì)從此跨進(jìn)個(gè)人電腦新紀(jì)元。IBMPC主機(jī)板上配置著64KB存儲(chǔ)器，另有5個(gè)插槽供增加內(nèi)存或連接其他外部設(shè)備。它還裝備著顯示器、鍵盤和兩個(gè)軟磁盤驅(qū)動(dòng)器。第24頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天馮·諾依曼小傳“電子計(jì)算機(jī)之父”的桂冠，被戴在數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（J.VonNeumann）頭上，這是因?yàn)轳T·諾依曼提出了現(xiàn)代電腦的體系結(jié)構(gòu)。第25頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天計(jì)算機(jī)科學(xué)之父---圖林馮·諾依曼曾多次向別人強(qiáng)調(diào)：“如果不考慮巴貝奇、阿達(dá)和其他人早先提出的有關(guān)思想，計(jì)算機(jī)基本概念只能屬于阿蘭·圖林。第26頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天計(jì)算機(jī)科學(xué)之父---圖林1936年，圖林發(fā)表了一篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文——《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用》，后被人改稱《理想計(jì)算機(jī)》。論文里論述了一種“圖林機(jī)”，只要為它編好程序，它就可以承擔(dān)其他機(jī)器能做的任何工作。當(dāng)世界上還沒(méi)人提出通用計(jì)算機(jī)的概念前，圖林已經(jīng)在理論上證明了它存在的可能性。第27頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天計(jì)算機(jī)科學(xué)之父---圖林1939年，27歲的阿蘭·圖林（AlanTuring）加入布雷契萊——戰(zhàn)時(shí)英國(guó)的情報(bào)破譯中心，人們都稱他“教授”，不一定知道他的真名。圖林根據(jù)波蘭同行的研究成果，制作了一臺(tái)破譯密碼的機(jī)器——“圖林炸彈第28頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天計(jì)算機(jī)科學(xué)之父---圖林1939年底，“圖林炸彈”交由英國(guó)制表機(jī)公司制造完成，能以每秒2000字符的速度破譯情報(bào)，由于掌握了德國(guó)飛機(jī)的行蹤，德國(guó)空軍在“海獅行動(dòng)”里遭到沉重的打擊。第29頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天計(jì)算機(jī)科學(xué)之父---圖林1950年10月，圖林的另一篇論文《機(jī)器能思考嗎》發(fā)表，首次提出檢驗(yàn)機(jī)器智能的“圖林試驗(yàn)”，從而奠定了人工智能的基礎(chǔ)，使他再次榮膺“人工智能之父”稱號(hào)。1954年，42歲的阿蘭·圖林英年早逝。為了紀(jì)念他在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域奠基性的貢獻(xiàn)，美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)決定設(shè)立“圖林獎(jiǎng)”，從1956年開始頒發(fā)給最優(yōu)秀的電腦科學(xué)家，它就像科學(xué)界的諾貝爾獎(jiǎng)那樣，是電腦領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。

第30頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天摩爾定律1964年，摩爾（G.Moore）博士，以三頁(yè)紙的短小篇幅，發(fā)表了一個(gè)奇特的理論。摩爾天才地預(yù)言說(shuō)道，集成電路上能被集成的晶體管數(shù)目，將會(huì)以每18個(gè)月翻一番的速度穩(wěn)定增長(zhǎng)，并在今后數(shù)十年內(nèi)保持著這種勢(shì)頭。摩爾的這個(gè)預(yù)言，因集成電路芯片后來(lái)的發(fā)展曲線得以證實(shí)，并在較長(zhǎng)時(shí)期保持著有效性，被人譽(yù)為“摩爾定律”。第31頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天微處理器制造進(jìn)步表年代CPU字長(zhǎng)集成度（晶體管/片）時(shí)鐘(MHZ)指令周期71-7340048008482000120us73-75808068008500022us75-778085Z80680285002.5-51us78-808086M6800z8000163000050.5us第32頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天微處理器制造進(jìn)步表年代CPU字長(zhǎng)集成度（晶體管/片）時(shí)鐘(MHZ)指令周期828028616340008-1284803863227000016-1860ns898048632120萬(wàn)-160萬(wàn)16-10020ns92奔騰586(Pentium)32310萬(wàn)60-120273腳0.8um95高能奔騰(Pentiumpro)32550萬(wàn)133-2330.35um第33頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天微處理器制造進(jìn)步表年代CPU字長(zhǎng)集成度（晶體管/片）時(shí)鐘(MHZ)其它97多能奔騰32166-2330.25um97PⅡ32750萬(wàn)233-500內(nèi)置64位寄存器98PⅢ321000萬(wàn)450-600

0.18um2002-2005Pentium4

324200萬(wàn)1.4G-3.06G0.18umNetBurst新結(jié)構(gòu)

第34頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

發(fā)展經(jīng)歷了五次更新?lián)Q代

電子管、繼電器存儲(chǔ)晶體管集成電路從結(jié)構(gòu)的發(fā)展而言

:單個(gè)CPU組成的單機(jī)系統(tǒng)流水線機(jī)大規(guī)模的并行處理機(jī)大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路多處理機(jī)磁介質(zhì)存儲(chǔ)從器件發(fā)展而言：第35頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天變址技術(shù)

中斷技術(shù)

微程序技術(shù)

緩沖技術(shù)共享

重用技術(shù)

虛擬技術(shù)

從語(yǔ)言及應(yīng)用方面而言

:

由匯編到高級(jí)語(yǔ)言從單用戶到多用戶，到并行處理的語(yǔ)言、編譯，操作系統(tǒng)，直到如今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)系統(tǒng)處理等等

從技術(shù)的發(fā)展上而言

:第36頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷經(jīng)五代：第一代：1945~1954年，電子管和繼電器；第二代：1955~1964年，晶體管和磁芯存儲(chǔ)器；第三代：1965~1974年，中小規(guī)模集成電路；第四代：1975~1990年，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；第五代：1990年至今，巨大規(guī)模集成電路。第37頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器ALU寄存器控制器系統(tǒng)軟件：DOS、Windows應(yīng)用軟件：Word、Excel、VisualC++中央處理器CPU存儲(chǔ)器I/O接口總線硬件軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))外設(shè)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀第38頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天