大學(xué)計(jì)算機(jī)-計(jì)算思維視角 課件 1.1 計(jì)算機(jī)的誕生

計(jì)算機(jī)的誕生章名：主講人：節(jié)名：計(jì)算機(jī)與計(jì)算思維計(jì)算工具的演變第一臺計(jì)算機(jī)的誕生馮?諾伊曼和圖靈1234

計(jì)算工具的產(chǎn)生源于對計(jì)算的需求，自古以來，人類就在不斷地發(fā)明和改進(jìn)計(jì)算工具，計(jì)算工具經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從低級到高級，從手動到自動的發(fā)展過程，而且還在不斷發(fā)展。計(jì)算工具的演變結(jié)繩記事算籌手動式計(jì)算工具算籌的擺法計(jì)算工具的演變算盤加法口訣計(jì)算工具的演變硬件體系化算法機(jī)械式計(jì)算工具

1642年，年僅19歲的法國物理學(xué)家布萊士.帕斯卡（BlaisePascal,1623-1662）制造出第一臺機(jī)械式計(jì)算器“加法器”。這臺計(jì)算機(jī)器是手搖的，也稱為“手搖計(jì)算機(jī)器”，只能計(jì)算加法和減法。帕斯卡從加法器的成功中得到結(jié)論：人的某些思維過程與機(jī)械過程沒有差別，因此可以設(shè)想用機(jī)械來模擬人的思維活動。加法器計(jì)算工具的演變

1761年，德國數(shù)學(xué)家戈特弗里德·威廉·萊布尼茨（GottfriedWilhelmLeibniz，1646－1716），改進(jìn)了帕斯卡的加法器，制成了能進(jìn)行完整四則運(yùn)算的乘法機(jī)。萊布尼茲同時(shí)還提出“把計(jì)算交給機(jī)器去完成，使優(yōu)秀的人才從繁重的計(jì)算中解脫出來”。同時(shí)，萊布尼茲從中國的易經(jīng)八卦中獲得靈感，完成了對二進(jìn)制的研究。乘法機(jī)計(jì)算工具的演變

1819年，英國著名數(shù)學(xué)家、發(fā)明家查爾斯·巴貝奇（CharlesBabbage1791-1871）從提花紡織機(jī)上獲得靈感，設(shè)計(jì)了差分機(jī)，并于1822年制造出差分機(jī)模型。所謂“差分”，就是把函數(shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運(yùn)算，用簡單的加法代替平方運(yùn)算。差分機(jī)是最早采用寄存器來存儲數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)，體現(xiàn)了早期程序設(shè)計(jì)思想的萌芽。差分機(jī)計(jì)算工具的演變計(jì)算工具的演變機(jī)電式計(jì)算機(jī)隨著電力技術(shù)的發(fā)展，電動式計(jì)算機(jī)逐步取代了以人工為動力的計(jì)算機(jī)。1880年，為了完成美國人口普查的需求，德裔美籍統(tǒng)計(jì)學(xué)家赫爾曼·何樂禮（HermanHollerith，1860－1929）發(fā)明了穿孔制表機(jī)，僅用3年就完成了需人工統(tǒng)計(jì)要10年才能完成的人口普查，制表機(jī)的發(fā)明第一次把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制進(jìn)行處理，這種方法一直沿用到至今。何樂禮在1896年成立了制表機(jī)器公司，后來成為IBM的前身。何樂禮和制表機(jī)計(jì)算工具的演變1904年，英國物理學(xué)家與電氣工程師弗萊明（1849—1945)發(fā)明了第一只電子二極管，是人類歷史上第一只電子器件。1907年，美國發(fā)明家德福雷斯特(1873—1961)在真空二極管的基礎(chǔ)上加以改良，制造出第一支電子三極管。20世紀(jì)30年代后期，許多研究者將目光投向制造電子管計(jì)算機(jī)這一領(lǐng)域。計(jì)算工具的演變

1944年，英國為了破譯德國人的密碼，研制了“巨人”電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，在“巨人”機(jī)研制前，英國破譯德軍的密碼需要6至8個(gè)星期，而使用“巨人”機(jī)后僅需6至8小時(shí)。出于戰(zhàn)爭的需要，英國將“巨人”計(jì)算機(jī)視為“國家機(jī)密”，并在戰(zhàn)爭后進(jìn)行了秘密銷毀。第一臺計(jì)算機(jī)的誕生20世紀(jì)40年代，在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國賓夕法尼亞大學(xué)電工系由莫利奇和艾克特領(lǐng)導(dǎo)，為美國陸軍軍械部研制了一臺用于彈道軌跡計(jì)算的“電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator簡稱ENIAC）。工作中的ENIAC第一臺計(jì)算機(jī)的誕生兩位發(fā)明人莫利奇和艾克特ENIAC使用的電子管第一臺計(jì)算機(jī)的誕生占地面積170平方米總重量30噸使用了18000只電子管，6000個(gè)開關(guān)，7000只電阻，10000只電容，50萬條線耗電量150千瓦每秒可執(zhí)行5000次加法或400次乘法運(yùn)算ENIAC和女程序員第一臺計(jì)算機(jī)的誕生1946年2月14日在美國舉行了揭幕典禮。1955年10月2日，“埃尼阿克”宣告“退役”

。1996年2月14日，美國副總統(tǒng)戈?duì)栐俅螁恿诉@臺計(jì)算機(jī)，以紀(jì)念信息時(shí)代的到來。第一臺計(jì)算機(jī)郵票第一臺計(jì)算機(jī)的誕生ENIAC不完善之處：1、存儲器容量小，至多存儲20個(gè)10位十進(jìn)制數(shù)，而且存儲單元僅用來存放數(shù)據(jù)，不能存放程序；2、“程序是外插的”，利用配線或開關(guān)來進(jìn)行外部編程，每次解題都要靠人工改線，準(zhǔn)備時(shí)間過長，降低了總體運(yùn)行效率。第一臺計(jì)算機(jī)的誕生計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)是馮·諾依曼模型體系結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)的計(jì)算模型是基于圖靈機(jī)模型。馮·諾依曼馮?諾依曼與ENICA馮·諾依曼（JohnvonNeumann，1903~1957），原籍匈牙利，布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士。20世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、博弈論、核武器和生化武器等領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)全才之一，先后執(zhí)教于柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)，1930年前往美國，后入美國籍。馮·諾依曼離散變量自動電子計(jì)算機(jī)EDVAC(ElectronicDiscreteVariable

AutomaticComputer）電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）為了解決ENIAC的問題，馮·諾依曼以顧問的身份與研制ENIAC的原班人馬合作，著手研制新機(jī)器EDVAC，馮·諾依曼在與工作組成員共同探討的基礎(chǔ)上提出了程序和數(shù)據(jù)都應(yīng)該存儲在存儲器中，按照這種方法，每次使用計(jì)算機(jī)來完成一項(xiàng)新的任務(wù)，工作人員只需改變程序，而不用重新布線或者調(diào)節(jié)成千上萬的開關(guān)。馮·諾依曼馮諾依曼提出了一個(gè)“存儲程序”的計(jì)算機(jī)方案：計(jì)算機(jī)基本工作原理是存儲程序和程序控制，自動執(zhí)行。計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制。計(jì)算機(jī)由五個(gè)部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

以運(yùn)算器為中心，控制器負(fù)責(zé)解釋指令，運(yùn)算器負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。現(xiàn)代幾乎所有的計(jì)算機(jī)都是馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，被稱為“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父”。圖靈艾倫·麥席森·圖靈（AlanMathisonTuring，1912年6月23日－1954年6月7日），英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家，被稱為“計(jì)算機(jī)科學(xué)之父”，“人工智能之父”。1931年圖靈進(jìn)入劍橋大學(xué)國王學(xué)院，畢業(yè)后到美國普林斯頓大學(xué)攻讀博士學(xué)位，二戰(zhàn)爆發(fā)后回到劍橋，后曾協(xié)助軍方破解德國的著名密碼系統(tǒng)，幫助盟軍取得了二戰(zhàn)的勝利。圖靈圖靈1936年圖靈發(fā)表了著名的《論數(shù)學(xué)計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用》一文，提出了理想計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型----圖靈機(jī)（TuringMachine）。圖靈圖靈機(jī)是指一個(gè)抽象的機(jī)器，通過某種一般的機(jī)械步驟，原則上能一個(gè)接一個(gè)地解決所有的數(shù)學(xué)問題。圖靈把人在計(jì)算時(shí)所做的工作分解成簡單的動作，把人的工作機(jī)械化，并用形式化方法成功地表述了計(jì)算這一過程的本質(zhì)。圖靈機(jī)反映的是一種具有可行性的用數(shù)學(xué)方法精確定義的計(jì)算模型，而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)正是這種模型的具體實(shí)現(xiàn)。圖靈為了紀(jì)念圖靈對計(jì)算機(jī)科學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會（ACM）于1966年設(shè)立一年一度的圖靈獎，以表彰在計(jì)算機(jī)科學(xué)中做出突出貢獻(xiàn)的人，圖靈獎被喻為“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎”。圖靈獎獎杯圖靈人工智能之父：1950年他發(fā)表論文《計(jì)算機(jī)器與智能》（ComputingMachineryandIntelligence），為后來的人工智能科學(xué)提供