計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)史(計(jì)算機(jī))

1、張 璇 博士計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)史2014年 秋 軟 件 學(xué) 院Who invented computer?The answer is there are many inventors.All the ideas and inventions of many mathematicians, scientists, and engineers contribute to the development of the modern computer.Who invented computer?In a sense, the computer actually has three birthdays:on

2、e as a mechanical computing device-abacus (1100 BC)another as a concept- the Difference Engine and the Analytical Engine (1820s)the third as the modern electronic digital computer- ABC/ENIAC (1939/1946).一. 機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代Pascal 法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家。1642年采用與鐘表類似的齒輪傳動(dòng)裝置發(fā)明了機(jī)械手動(dòng)計(jì)算器（Arithmetic Machine or Pascaline），可做

3、加、減法。小結(jié)到此為止的計(jì)算機(jī)：機(jī)械、手動(dòng)力、無軟件。Babbage 英國數(shù)學(xué)家。1822年發(fā)明了能自動(dòng)完成四則運(yùn)算的自動(dòng)機(jī)械計(jì)算機(jī)器：差分引擎，利用穿孔卡片編制程序來進(jìn)行自動(dòng)控制。失敗的英雄牛頓蘋果樹Babbage的差分引擎*Babbage的解析機(jī)*Ada編程用的Babbage解析機(jī) 微處理器Ada Byron（1815-1852） 英國著名浪漫派詩人拜倫的女兒。她從1842年起為Babbage編制程序，成為人類歷史上第一位程序員，并發(fā)表了人類第一篇計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)論文。軟件之母小結(jié)此時(shí)的計(jì)算機(jī)：機(jī)械、手動(dòng)力、軟件（可編程）。Hollerith 美國工程師。1884年制造了第一臺(tái)電動(dòng)計(jì)算機(jī)（ele

4、ctric tabulating machine），于1890和1900年完成了美國第11和12次人口普查。制表機(jī)HollerithHollerith 1896年成立了制表機(jī)器公司（Tabulating Machine Company）。為穿孔卡片機(jī)配備了自動(dòng)送卡器，1900年的人口普查再次選擇了穿孔卡片機(jī)作為工具。1910年，由于Hollerith收費(fèi)過高，美國人口普查機(jī)關(guān)決定自己研發(fā)機(jī)器。 1921年Hollerith退休，1924年，在Thomas Watson的領(lǐng)導(dǎo)下，公司更名為國際商業(yè)機(jī)器公司，也就是如今舉世聞名的IBM公司。ThomasJWatson演繹了一個(gè)典型的“美國夢(mèng)”。創(chuàng)建

5、了著名的公司。歲的創(chuàng)業(yè)。小結(jié)此時(shí)的計(jì)算機(jī)：機(jī)械、電動(dòng)力、軟件。20世紀(jì)以后，各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)部門的計(jì)算困難堆積如山，已經(jīng)阻礙了學(xué)科的繼續(xù)發(fā)展。對(duì)先進(jìn)計(jì)算工具多方面迫切的需要，促使對(duì)計(jì)算機(jī)不斷研究和制造。特別是第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前后，軍事科學(xué)技術(shù)對(duì)高速計(jì)算工具的需要尤為迫切。在此期間，德國、美國、英國都在進(jìn)行計(jì)算機(jī)的開拓工作。 二. 電磁計(jì)算機(jī)時(shí)代Zuse (1910-1995)的Z系列在1936年到1938年之間，德國的Zuse構(gòu)造了可編程的計(jì)算機(jī)Z1。它具有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)所有的特征。*Z1計(jì)算機(jī)最大的貢獻(xiàn)是第一次采用了二進(jìn)制數(shù)。這臺(tái)機(jī)器也采用了“穿孔帶”輸入程序，不過不是紙帶，而是35毫米電影

6、膠片；數(shù)據(jù)則由一個(gè)數(shù)字鍵盤敲入，計(jì)算結(jié)果用小電燈泡顯示。由于純機(jī)械式Z1計(jì)算機(jī)性能不理想。第二年，Zuse的朋友給了他一些電話公司廢棄的繼電器。Zuse用它們組裝了第二臺(tái)電磁式計(jì)算機(jī)Z2。Z3使用了2600個(gè)繼電器，用穿孔紙帶輸入，實(shí)現(xiàn)了二進(jìn)制數(shù)程序控制。1942年，在緊張研究的間隙里，他寫作了世界上第一個(gè)下國際象棋的計(jì)算機(jī)程序。繼電器*1945年， Zuse又建造了一臺(tái)比Z3更先進(jìn)的電磁式Z4計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)器單元也從64位擴(kuò)展到1024位，The Harvard Mark I *The Harvard Mark Series 這是一臺(tái)自動(dòng)數(shù)字計(jì)算機(jī)。在1930年代，由哈佛大學(xué)物理系的學(xué)生How

7、ard H. Aiken構(gòu)思，由IBM開發(fā)和建造。 IBM花了$200,000，并捐贈(zèng)了哈佛大學(xué) $100,000作為運(yùn)行費(fèi)用。共有765,000個(gè)零件，3,300繼電器，超過500英里長的電線。計(jì)算機(jī)長51英尺，高8英尺，重5噸。*右三：Howard H. AikenThe Harvard Mark I * 1946年制成速度較快的Mark-，全部使用繼電器； 1949年Mark-計(jì)算機(jī)，部分使用電子管，并使用磁鼓作為數(shù)與指令的存儲(chǔ)器； 1952年又制成Mark-；Mark-Mark-Aiken與他的學(xué)生們Aiken本人共帶出了 15名博士生和更多的碩士生，這些人大多成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域早期的骨干

8、力量，其中包括“IBM-360之父” Frederick P. Brooks和荷蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家Gerrit A. Blaauw等。 Frederick P. BrooksGerrit A. BlaauwGrace Murray Hopper為Mark，以及后續(xù)機(jī)器Mark、Mark 編寫出大量軟件用 FLOW-MATIC實(shí)現(xiàn)了COBOL的第一個(gè)編譯器，被譽(yù)為COBOL之母；采用6位數(shù)表示日期；發(fā)現(xiàn)世界上第一個(gè)BUG!計(jì)算機(jī)業(yè)最杰出女性時(shí)任美國總統(tǒng)里根在白宮給赫柏頒獎(jiǎng)小結(jié)此時(shí)的計(jì)算機(jī)：電磁（繼電器的開關(guān)速度大約為百分之一秒，使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度受到很大限制）計(jì)算機(jī)、電動(dòng)力、軟件。三. 電子計(jì)算機(jī)時(shí)

9、代3.1 計(jì)算理論的誕生Turing(1912-1954) 英國數(shù)學(xué)家。1936年在劍橋大學(xué)提出了理想計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型（計(jì)算模型）圖靈機(jī)，為電子數(shù)字計(jì)算機(jī)奠定了根本性的理論基礎(chǔ)。3.2 電子計(jì)算機(jī)的前夜John Vincent Atanasoff 美國IOWA州立大學(xué)教授，數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。1937年設(shè)計(jì)出了第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，1939年與他的研究生Clifford E. Berry 一起構(gòu)造出了原型機(jī)。真空二極管真空三極管計(jì)算機(jī)先驅(qū)獎(jiǎng)John Vincent Atanasoff Clifford E. Berry Atanasoff和Berry*ABC計(jì)算機(jī)1990年11月13日，時(shí)任美國

10、總統(tǒng)喬治布什在白宮為阿塔諾索夫頒國家科技獎(jiǎng)（National Medal of Technology）。Atanasoff*英國Colossus計(jì)算機(jī) （1943）Alan M.Turing Irving J. Good Max Newman *這是一種專用的密碼分析機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)中得到了應(yīng)用。 從1940年秋開始，德軍鄧尼茨元帥率領(lǐng)“阿爾卑斯山的狼群”潛艇部隊(duì)實(shí)施“海狼行動(dòng)”，不斷地在大西洋瘋狂地追殺英國運(yùn)輸船隊(duì)。到1941年4月，船隊(duì)損失達(dá)到65.4萬的驚人數(shù)字。德軍Loernz SZ機(jī)器產(chǎn)生難以破譯的密碼。面對(duì)強(qiáng)敵挑戰(zhàn)，英國破譯人員同仇敵愾，把目光準(zhǔn)確地投向了研制先進(jìn)的電子管計(jì)算機(jī)

11、Collossus。這臺(tái)計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確破譯了德軍的密碼，為反法西斯戰(zhàn)爭的勝利做出了巨大貢獻(xiàn)。 Loernz SZ*布雷契萊莊園Bletchley Park圖靈和布雷契萊莊園的同事 圖靈在布雷契萊莊園工作的地方 *英國Colossus計(jì)算機(jī)*3.3 第一代電子計(jì)算機(jī) （1946-1957）John von Neumann（1903-1957） 匈牙利籍美國數(shù)學(xué)家。 1945年6月，提出了存儲(chǔ)程序的概念(馮諾依曼機(jī))。 ENIAC研制小組主要成員，左一為Eckert ，右四為Mauchly ，左四為Goldstine 。ENIAC*ENIAC操作人員采用插接線的方式進(jìn)行編程*ENIAC這臺(tái)完全采用電子

12、線路執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度比繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍。這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。但是，這種計(jì)算機(jī)的程序仍然是外加式的，存儲(chǔ)容量也太小，尚未完全具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征。1945年 EDVAC新的重大突破是由數(shù)學(xué)家John von Neumann領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)小組完成的。 John von Neumann起草了First Draft of a Report on the EDVAC，這份方案是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的文獻(xiàn)。因?yàn)樗状翁岢隽舜鎯?chǔ)程序的概念，解決了 ENIAC的重大缺陷。也正是在這一方案中，提出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的基本體系結(jié)構(gòu)，從而奠定了現(xiàn)

13、代計(jì)算機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)。馮.諾依曼機(jī)(體系結(jié)構(gòu))1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC在賓夕法尼亞大學(xué)誕生。IEEE計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)成立，1947年ACM成立。 1952年， John von Neumann等人完成了EDVAC機(jī)的建造工作。EDVAC只用了3600只電子管，占地面積不足ENIAC的1/3，幾乎具備了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的一切特征。Photograph of EDVAC Plan of EDVACENIAC首席設(shè)計(jì)師John Mauchly和 Presper Eckert美國總統(tǒng)杜魯門（右四）視察ENIACENIAC主頻100 kHz，加法時(shí)間0.2ms，乘法時(shí)間2.8ms。ENIAC重達(dá)30噸

14、，占地170平方米，共用了18600個(gè)電子管，運(yùn)算速度達(dá)到每秒5000次，比當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)快1000倍，是手工計(jì)算的200, 000倍。最初也專門用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。ENIAC* 科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)明最有可能成功的領(lǐng)域是那些符合時(shí)代潮流的技術(shù)領(lǐng)域，即符合當(dāng)時(shí)社會(huì)的需要； 科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)明依賴于當(dāng)時(shí)社會(huì)工業(yè)條件和科學(xué)技術(shù)準(zhǔn)備。ENIAC當(dāng)時(shí)的有利條件包括：在機(jī)械式和機(jī)電式計(jì)算機(jī)的制造中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)；而電子技術(shù)的發(fā)展，是重要的技術(shù)前提；理論方面包括巴貝奇提出的通用計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，圖靈機(jī)的提出及布爾代數(shù)的創(chuàng)立等； 獲得經(jīng)濟(jì)上的支持，是ENIAC成功的重

15、要條件； ENIAC的成功，從某種意義上說，是科學(xué)管理的一個(gè)勝利。科學(xué)管理可以使技術(shù)設(shè)想與社會(huì)需要吻合；使技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用的情況迅速反映到技術(shù)改進(jìn)中，以促使技術(shù)不斷克服弱點(diǎn)、不斷創(chuàng)新；科學(xué)管理，符合當(dāng)代技術(shù)發(fā)明和科學(xué)研究綜合化的趨勢?，F(xiàn)代的發(fā)明和創(chuàng)造依靠許多人的合作，而協(xié)作精神和科學(xué)管理起著關(guān)鍵作用。ENIAC的啟示*1952年美國大選前夕，UNIVAC作出了艾森豪威爾將以微弱優(yōu)勢獲勝的預(yù)測。那一次， UNIVAC大出風(fēng)頭，被稱為“無與倫比的電子大腦”。但4年后，大選再次降臨，電視上卻再也見不到UNIVAC電腦，而盡是IBM的標(biāo)志。此時(shí)，IBM已經(jīng)占領(lǐng)了約70%的電腦市場。 IBM 700系列

16、計(jì)算機(jī)(1952)Thomas Watson seated at the IBM 701 console IBM 700系列計(jì)算機(jī)IBM 704IBM 709Turing、Wilkinson與ACE電子計(jì)算機(jī)John von Neumann提出“EDVAC”方案中，正式提出了存儲(chǔ)程序的概念，因此存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)被稱為“馮諾伊曼結(jié)構(gòu)”。在此之前，英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家Alan M.Turing也曾提出了存儲(chǔ)程序的思想。Turing、Wilkinson與ACE電子計(jì)算機(jī)圖靈于1945年底完成了關(guān)于ACE的報(bào)告，給出了詳細(xì)的邏輯電路框圖，預(yù)計(jì)制造費(fèi)用為11,200英鎊。在圖靈離開后，威爾金森接手整個(gè)項(xiàng)

17、目，建造了ACE的一個(gè)簡化版本，也是第一臺(tái)ACE的實(shí)現(xiàn)Pilot ACE，于1950年5月10日運(yùn)行了第一個(gè)程序。它比圖靈先前設(shè)計(jì)的規(guī)模要小，但在當(dāng)時(shí)的電子計(jì)算機(jī)中是最快的。與ACE相比，EDVAC受到更多的宣傳。MIT林肯實(shí)驗(yàn)室*MIT林肯實(shí)驗(yàn)室*MIT林肯實(shí)驗(yàn)室*MIT-Whirlwind世界上第一臺(tái)能存儲(chǔ)程序的并行計(jì)算機(jī)，而且對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行了重大的改進(jìn)-用磁芯存儲(chǔ)器取代了靜電存儲(chǔ)器。磁存儲(chǔ)小結(jié)此時(shí)的計(jì)算機(jī)：使用電子管（真空管）作為邏輯元件，采用磁鼓和磁芯作主存儲(chǔ)器，程序主要用機(jī)器代碼和匯編語言。第一代語言誕生第一代語言：機(jī)器語言；第二代語言：匯編語言；第三代語言：高級(jí)語言。機(jī)器語言機(jī)器指令

18、：用“0”和“1”作為指令代碼來編寫程序，是計(jì)算機(jī)硬件能夠識(shí)別的，不用翻譯直接供機(jī)器使用的程序設(shè)計(jì)語言。用機(jī)器指令形式編寫的程序稱為機(jī)器語言。操作碼操作數(shù)地址156C166D5056306EC000將6C地址的內(nèi)容放至5號(hào)寄存器；將6D地址的內(nèi)容放至6號(hào)寄存器；5號(hào)寄存器與6號(hào)寄存器內(nèi)容相加放至0號(hào)寄存器；0號(hào)寄存器內(nèi)容輸出至6E地址；停機(jī)機(jī)器語言 機(jī)器指令一般可根據(jù)其功能劃分為：（1）控制指令；（2）算術(shù)指令；（3）邏輯運(yùn)算指令；（4）移位指令；（5）傳送操作指令；（6）輸入/輸出指令。注：不同的機(jī)器，其指令系統(tǒng)是不同的。很難閱讀和理解，容易出錯(cuò)，編程效率低，且可移植性差、重用性差。第二代語

19、言誕生第一代語言：機(jī)器語言；第二代語言：匯編語言；第三代語言：高級(jí)語言。 為克服機(jī)器語言的缺點(diǎn)，用與代碼指令實(shí)際含義相近的英文縮寫詞、字母和數(shù)字等符號(hào)來取代指令代碼，產(chǎn)生了匯編語言。它是符號(hào)化的機(jī)器語言。匯編語言（第二代語言）*5056C000ADDI R0, R5, R6HLT1956年 IBM推出704機(jī)及其匯編語言SAP，這是第一個(gè)匯編語言。（1）匯編語言和機(jī)器語言一樣，都屬于低級(jí)語言；（2）匯編語言同樣依賴于具體的硬件環(huán)境。注 意3.4 第二代電子計(jì)算機(jī) （1957-1964）計(jì)算機(jī)器件從電子管到晶體管，再從分立元件到集成電路以至微處理器，促使計(jì)算機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了三次飛躍。 晶體管計(jì)算機(jī)

20、 晶體管計(jì)算機(jī)，也稱為第二代計(jì)算機(jī)。其主要特點(diǎn)是采用晶體管來制造，程序使用FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級(jí)語言和編譯系統(tǒng)。第二代電子計(jì)算機(jī)增加了浮點(diǎn)運(yùn)算，使數(shù)據(jù)的絕對(duì)值可達(dá)到2的幾十次方或幾百次方，使電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)了飛躍。 采用多道程序設(shè)計(jì)成為第二代電子計(jì)算機(jī)研究的重點(diǎn)之一。*晶體管計(jì)算機(jī)不僅科學(xué)計(jì)算促使計(jì)算機(jī)繼續(xù)發(fā)展，而且中、小型計(jì)算機(jī)，特別是廉價(jià)的小型數(shù)據(jù)處理用的計(jì)算機(jī)開始大量生產(chǎn)。在這一時(shí)期出現(xiàn)了更高級(jí)的COBOL和FORTRAN等語言，使計(jì)算機(jī)編程更容易。新的職業(yè)(程序員、分析員和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專家)和整個(gè)軟件產(chǎn)業(yè)由此誕生。 Vacuum tube and trans

21、istorThe invention of the transistor in 1947 was a revolution in computer development. Transistor is a semiconductor (such as silicon) device which could perform the functions of vacuum tubes, as it is small, cheaper and reliable, it replaces the hot, big, expensive and unreliable vacuum tube.MIT林肯實(shí)

22、驗(yàn)室的TX-2計(jì)算機(jī)(1962) *Ivan Sutherland計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父，現(xiàn)任Sun研究員和副總裁。*交互計(jì)算機(jī):使用的計(jì)算機(jī)相連的光筆在屏幕上進(jìn)行交互繪圖，成為計(jì)算機(jī)交互繪圖的先驅(qū)。*1966“達(dá)摩克里斯之劍”頭盔顯示器IBM系列IBM 1401小型數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)*IBM 7090（IBM 709晶體管代替真空管）IBM系列*IBM 7094（CTSS） IBM系列*IBM 7094控制臺(tái)IBM系列*其他晶體管計(jì)算機(jī)*CDC 6600 （1964）CDC6600，世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)*超級(jí)計(jì)算機(jī)Honeywell 800*1958年 我國第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)103機(jī)由中國科學(xué)院計(jì)算所

23、與北京有線電廠研制成功。字長31位，內(nèi)存容量為1024字節(jié)，運(yùn)算速度每秒450次。 第三代語言誕生第一代語言：機(jī)器語言；第二代語言：匯編語言；第三代語言：高級(jí)語言。 用類似于英語的格式來書寫程序。這種語言稱為高級(jí)語言。它的一句相當(dāng)于機(jī)器語言和匯編語言的幾十句。高級(jí)語言1954年IBM開始設(shè)計(jì)第一個(gè)高級(jí)語言FORTRAN；1957年，John Backus (美國科學(xué)家，1977年圖靈獎(jiǎng)獲得者)在IBM704機(jī)上實(shí)現(xiàn)了FORTRAN編譯。至今仍用于科學(xué)數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域（Fortran 2008）。Grace Murray Hopper美國海軍官員，研制了 COBOL 語言，是世界上第一個(gè)商用語言。至

24、今，IBM大機(jī)仍然使用COBOL 2002用于處理銀行、金融和會(huì)計(jì)行業(yè)等非常重要的商業(yè)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。1958年COBOLJOHN McCARTHYStanford University教授。 LISP 是第一個(gè)函數(shù)型編程語言，主要應(yīng)用在人工智能（AI）上，包含語多字符截取函數(shù)，供作自然語言的分析之用。1958年LISPNiklaus Wirth瑞士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)教授 。ALGOL多用于科學(xué)計(jì)算機(jī)。Pascal用于結(jié)構(gòu)化編程， Object Pascal用于面向?qū)ο缶幊?，仍然廣泛用于開發(fā)像Skype這樣的Windows應(yīng)用。 1960年ALGOL 、1970年P(guān)ASCALBASIC（Beginne

25、rs All-purpose Symbolic Instruction Code）是一種設(shè)計(jì)給初學(xué)者使用的程序設(shè)計(jì)語言。今天，Visual Studio中仍然包含Visual Basic。 1962年BASICJohn Kemeny （Dartmouth學(xué)院教授 ）Tom Kurtzas Dennis M. Ritchie（設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)）1972年C語言 1983年圖靈獎(jiǎng)獲得者Kernighan Thompson（實(shí)現(xiàn)） Ada是一種表現(xiàn)能力很強(qiáng)的通用程序設(shè)計(jì)語言，它是美國國防部為克服軟件開發(fā)危機(jī)，耗費(fèi)巨資，經(jīng)歷了稻草人, 木人, 錫人, 鐵人和鋼人計(jì)劃，歷時(shí)近20年研制成功的。美國國防部之所以

26、把這種語言取名為Ada，是為了紀(jì)念A(yù)da。Ada語言不僅體現(xiàn)了許多現(xiàn)代軟件的開發(fā)原理，而且將這些原理付諸實(shí)現(xiàn)。因此，Ada語言的使用可大大改善軟件系統(tǒng)的清晰性、可靠性、有效性、可維護(hù)性。1970年代，Ada語言 Ada是現(xiàn)有的語言中無與倫比的一種大型通用程序設(shè)計(jì)語言，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)語言的成功代表，集中反映了程序語言研究的成果。Ada的出現(xiàn)，標(biāo)志著軟件工程成功地進(jìn)入了國家和國際的規(guī)模。它是迄今為止最復(fù)雜、最完備的軟件工具。Ada語言是美國國防部指定的唯一的一種可用于軍用系統(tǒng)開發(fā)的語言，我國軍方也將Ada作為軍內(nèi)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（GJB 1383程序設(shè)計(jì)語言Ada）。1970年代，Ada語言現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)語

27、言第一代語言：機(jī)器語言；第二代語言：匯編語言；第三代語言：高級(jí)語言；面向?qū)ο笳Z言；第四代語言。Bjarne Stroustrup Texas A&M University 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院教授。C+JAVA當(dāng)代最重要的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言。第四代語言的故事 第四代語言(Fourth-Generation Language,以下簡稱4GL)這個(gè)詞最早是在八十年代初期出現(xiàn)在軟件廠商的廣告和產(chǎn)品介紹中的。因此，這些廠商的4GL產(chǎn)品不論從形式上看還是從功能上看，差別都很大。1985在美國召開了全國性的4GL研討會(huì)，也正是在這前后，許多著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家對(duì)4GL展開了全面研究，從而使4GL進(jìn)入了計(jì)算

28、機(jī)科學(xué)研究的范疇。4GL的出現(xiàn)是以解決數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中的軟件危機(jī)為目標(biāo)的。第四代語言 SQL 語言 Shell 語言程序設(shè)計(jì)語言發(fā)展過程3.5 第三代電子計(jì)算機(jī) （1964-1972）集成電路計(jì)算機(jī) 集成電路計(jì)算機(jī)，也稱為第三代計(jì)算機(jī)。最突出的特點(diǎn)是使用集成電路（1958），因而使計(jì)算機(jī)的速度提高到幾十萬次，甚至上千萬次，內(nèi)存容量達(dá)到幾百K。有效地解決了計(jì)算機(jī)體積、重量與功能之間的矛盾。* 這一時(shí)期的發(fā)展還包括使用了操作系統(tǒng)。2000諾物獎(jiǎng)Zhores I. Alferov Herbert Kroemer Jack S. Kilby蜂窩電話的半導(dǎo)體集成電路IBM 360計(jì)算機(jī) IBM 360系統(tǒng)

29、的研制成功（1964），標(biāo)志著集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代的開始。 Frederick P.Brooks Robert Overton Evans Gene M. Amdahl *模塊化馮.諾依曼機(jī)(體系結(jié)構(gòu))IBM 360的開發(fā)過程可說是歷史上最大的一次豪賭，為了研發(fā)System/360這臺(tái)大型機(jī)，IBM征召六萬多名新員工，創(chuàng)建五座新工廠，耗資數(shù)十億美元，甚至超出二戰(zhàn)期間原子彈制造費(fèi)用。1964年4月7日，在全世界77個(gè)城市同時(shí)舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，IBM公司在宣布360系列計(jì)算機(jī)誕生的同時(shí)，公布了處理器、輸入輸出及存儲(chǔ)設(shè)備的規(guī)格和技術(shù)說明。為了適應(yīng)不同用戶的性能價(jià)格比需求，S/360的第一批計(jì)算機(jī)產(chǎn)品

30、推出了五檔機(jī)器。這五檔機(jī)器的運(yùn)算時(shí)間分別是200微秒、75微秒、25微秒、5微秒和1微秒。此后的市場反應(yīng)極其強(qiáng)烈。盡管所有的產(chǎn)品需要至少一年才能供貨，但I(xiàn)BM卻在一個(gè)月內(nèi)簽下了1 100份訂單，在隨后的月份里，訂單如潮水般涌入。IBM360啟示隨著360系統(tǒng)的誕生，計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)從此告別了手工業(yè)單件定制生產(chǎn)方式，跨入了模塊化大批量生產(chǎn)階段。這場標(biāo)準(zhǔn)之戰(zhàn)在電腦產(chǎn)業(yè)里是首發(fā)的，它是向傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)習(xí)慣的挑戰(zhàn)。所有設(shè)計(jì)師都必須遵循的一組規(guī)則。（標(biāo)準(zhǔn)）IBM 360系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成就。硅谷的迅速崛起。*IBM 370*1960 DEC小型機(jī)Olsen被成為“小型機(jī)之父”，并領(lǐng)導(dǎo)DEC公司從10萬美元起步

31、成長為市值超過200億美元的國際大公司，業(yè)務(wù)遍布100多個(gè)國家。整個(gè)80年代，DEC是業(yè)內(nèi)僅次于IBM的第二號(hào)巨頭。Kenneth H. Olsen DEC第一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)（PDP）、第一臺(tái)32位計(jì)算機(jī)（VAX）和超高速處理器Alpha的問世開創(chuàng)了整個(gè)計(jì)算機(jī)工業(yè)。尤其是VAX小型機(jī)，如同巨型炸彈一樣，在全美的企業(yè)機(jī)構(gòu)內(nèi)遍地開花。他1977年說的那句話：“我們沒有理由認(rèn)為人們會(huì)需要家用電腦。”，成為PC革命最大的反諷“語錄”。 (a) PDP-11/20 (b) PDP-11/40 *VAX-11/780*DEC公司的創(chuàng)始人，也是一直的CEOKenneth Olsen的銷售理念有很大的偏差。工程

32、師出身的他，對(duì)于銷售并不了解。他曾說過“一款優(yōu)秀的產(chǎn)品能夠自己被賣出去”。這句話深刻的反應(yīng)了DEC公司對(duì)于產(chǎn)品宣傳和市場開發(fā)的一貫態(tài)度。 1998年5月18日，只有32000名雇員的Compaq以96億美元收購了有著38000名雇員的DEC，結(jié)束了DEC在歷史舞臺(tái)上的最后一幕戲。計(jì)算機(jī)語言方面的成就：高級(jí)語言人工智能方面的成就： 消解法操作系統(tǒng)方面的成就： 中斷和通道技術(shù)導(dǎo)致的并發(fā)程序設(shè)計(jì)60年代前期的成就計(jì)算機(jī)語言：ALGOL68和PL/1人工智能：超過人類智能操作系統(tǒng)：Multics60年代前期的浮躁1961年 MIT在IBM7090上開發(fā)了分時(shí)操作系統(tǒng)CTSS。Fernando Corb

33、ato 美國科學(xué)家，1990年圖靈獎(jiǎng)獲得者，分時(shí)操作系統(tǒng)理論的創(chuàng)立者，CTSS與Multics的領(lǐng)導(dǎo)者。1966年ACM設(shè)立圖靈獎(jiǎng)。專門獎(jiǎng)勵(lì)那些對(duì)計(jì)算機(jī)事業(yè)作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人。軟件危機(jī)質(zhì)量低劣；嚴(yán)重延期；維護(hù)困難；嚴(yán)重超出預(yù)算。GOTO語句有害論Dijkstra發(fā)表了一篇論文：GOTO語句非常有害，導(dǎo)致軟件工程在1968年北大西洋公約組織科學(xué)委員會(huì)上誕生。Edsger W. Dijkstra 荷蘭科學(xué)家，1972年圖靈獎(jiǎng)獲得者，軟件工程先驅(qū)，GOTO語句有害論、ALGOL 60編譯器、多層體系結(jié)構(gòu)、進(jìn)程同步、互斥、PV操作、最弱前置謂詞理論的創(chuàng)立者。1968年 “軟件工程”在NATO科學(xué)委員會(huì)

34、誕生；Knuth出版計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的藝術(shù)長篇經(jīng)典巨著。Donald Knuth 美國科學(xué)家，1974年圖靈獎(jiǎng)獲得者，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的藝術(shù)的作者，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)科學(xué)的圣經(jīng)，算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念、LR(K)文法的創(chuàng)立者。 1968、1969年連續(xù)召開的兩次著名的NATO會(huì)議上提出了“軟件工程” 概念。所謂軟件工程，就是把開發(fā)大型復(fù)雜軟件的過程用工程實(shí)施的方法來實(shí)現(xiàn)。軟件工程是一門研究如何用系統(tǒng)化、規(guī)范化等工程原則和方法去進(jìn)行軟件的開發(fā)和維護(hù)的學(xué)科。 從學(xué)術(shù)觀點(diǎn)看，軟件工程以軟件開發(fā)和維護(hù)為出發(fā)點(diǎn)，總結(jié)規(guī)律，建立科學(xué)概念，制定軟件生產(chǎn)規(guī)范，逐步形成理論體系； 從實(shí)踐觀點(diǎn)看，軟件工程以理論為指導(dǎo)，按照一定

35、的原則和系統(tǒng)化、工程化、形式化的方法進(jìn)行工程化的軟件生產(chǎn)。軟件工程* Parnas方法：信息隱蔽，防范故障； Yourdon方法：結(jié)構(gòu)化分析SA、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)SD、結(jié)構(gòu)化編程SP；David ParnasEdward Yourdon L.L.Constantine Tom DeMarco 軟件工程* 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開發(fā)方法 Jackson方法 Warnier方法 問題分析法PAM 面向?qū)ο蠓椒?可視化開發(fā)方法 基于構(gòu)件的開發(fā)方法軟件工程*軟件工程研究：使用工程方法開發(fā)高質(zhì)量軟件的一切問題較大規(guī)模，群體性，嚴(yán)格預(yù)算、過程與管理，工程師。理論、原理、方法、技術(shù)、工具、管理。無有幼稚成熟非同兒戲196

36、9年 Hoare建立公理語義。C.A.Hoare 英國科學(xué)家，1980年圖靈獎(jiǎng)獲得者，公理語義、Hoare邏輯、程序正確性證明、CSP、管程理論的創(chuàng)立者，軟件自動(dòng)化的奠基人。1970年 Thompson和Ritchie在貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功UNIX；1972年，Ritchie 發(fā)明C語言，并用C 語言改寫了UNIX；Royce提出瀑布模型；Codd建立關(guān)系數(shù)據(jù)理論。Edgar F. Codd 英裔美國科學(xué)家，1981年圖靈獎(jiǎng)獲得者，關(guān)系數(shù)據(jù)理論的創(chuàng)立者，System R、DB2、SQL Server的奠基人。Ken Thompson和Dennis Ritchie 美國科學(xué)家，1983年圖靈獎(jiǎng)獲得

37、者，UNIX和C語言的發(fā)明者。1971年 Wirth提出第一個(gè)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言PASCAL。 Niklaus Wirth 瑞士科學(xué)家，1984年圖靈獎(jiǎng)獲得者，PASCAL語言、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)、MODULA、進(jìn)程概念、EBNF的首創(chuàng)者。 1974年 Hopcroft提出深度優(yōu)先搜索算法和算法最壞情況分析法。John E. Hopcroft 美國科學(xué)家，1986年圖靈獎(jiǎng)獲得者，圖平面性判定的線性時(shí)間算法、深度優(yōu)先搜索算法、算法的最壞情況分析法的首創(chuàng)者。3.6 第四代電子計(jì)算機(jī) （1973至今）大規(guī)模集成電路20世紀(jì)70年代后，計(jì)算機(jī)用集成電路的集成度迅速從中小規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模、超大規(guī)模的水平，微

38、處理器和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，各類計(jì)算機(jī)的性能迅速提高。隨著字長4位、8位、16位、32位和64位的微型計(jì)算機(jī)相繼問世和廣泛應(yīng)用，對(duì)小型計(jì)算機(jī)、通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)的需求量也相應(yīng)增長了。摩爾定律由Intel創(chuàng)始人之一戈登摩爾（Gordon Moore）提出來的。集成電路（IC）上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔24個(gè)月（18個(gè)月)便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。如果價(jià)格不變，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔24個(gè)月（18個(gè)月)增加一倍。反摩爾定律一個(gè)IT公司如果今天和24個(gè)月（18個(gè)月）前賣掉同樣以及同樣多的產(chǎn)品，它的營業(yè)額就要降一半。反摩爾定律逼著所有的硬件設(shè)備公司必須趕上摩爾定律規(guī)定的更新速度

39、。促進(jìn)科技領(lǐng)域質(zhì)的進(jìn)步為新興公司提供生存和發(fā)展的可能風(fēng)險(xiǎn)投資2006年股價(jià)與最高股價(jià)比例IBM：82%思科：40%英特爾：33%AMD：30%Marvell：60%惠普：70%戴爾：35%太陽：10%摩托羅拉：33%大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)最突出的特點(diǎn)是使用大規(guī)模集成電路制造超高性能的大型機(jī)和供個(gè)人使用的微機(jī)。70年代中期，計(jì)算機(jī)制造商開始將計(jì)算機(jī)帶給普通消費(fèi)者，并提供非專業(yè)人員使用的程序（字處理和電子表格程序）。 1981年，IBM 推出PC機(jī)。80年代PC機(jī)的競爭使得價(jià)格不斷下跌，同時(shí)擁有量不斷增加，計(jì)算機(jī)繼續(xù)縮小體積。與IBM PC競爭的Apple Macintosh 系列于1984年推出，

40、 Macintosh提供了友好的圖形界面，用戶可以用鼠標(biāo)方便地操作。*3.6.1 大型機(jī)IBM 3081*ACOS system 3800 *CDC 1604巨型計(jì)算機(jī)*CDC 6600 巨型計(jì)算機(jī) *CDC 6600 巨型計(jì)算機(jī) *Cray-1巨型計(jì)算機(jī) *CRAY X-MP *CRAY- 2*IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)*慈云桂、陳火旺院士*“銀河-”巨型計(jì)算機(jī) *李國杰院士* 曙光超級(jí)服務(wù)器*3.6.2 微型計(jì)算機(jī) 1974年12月，美國大眾電子雜志，刊登了“世界第一套微型計(jì)算機(jī)組件挑戰(zhàn)所有種類的商業(yè)電腦!”的消息，這臺(tái)所謂微型電腦名叫“Altair 8800”（牛郎星8800）。 第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)

41、牛郎星8800* 微型儀器與自動(dòng)測量系統(tǒng)公司生產(chǎn)。它一舉點(diǎn)燃了未來計(jì)算機(jī)業(yè)風(fēng)云人物比爾蓋茨、保羅艾倫、斯蒂芬喬布斯的靈感。 第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)牛郎星8800*Bill Gates 和 Paul Allen* 最早的微軟公司員工， 1978年12月7日 *2008年6月的這班人*蘋果電腦的誕生與發(fā)展 Apple-I*1976年最早的廣告，其中有蘋果最早的標(biāo)志Apple I最早的操作手冊(cè)封面，第一批200臺(tái)電腦單價(jià)666.66美元，十個(gè)月就買得只剩25臺(tái)了 蘋果電腦的誕生與發(fā)展*喬布斯、斯庫利和沃茲，1977年*蘋果電腦的誕生與發(fā)展*Apple-II的重量總共只有5千克。它定義了個(gè)人電腦的標(biāo)準(zhǔn)：顯示

42、器、鍵盤、驅(qū)動(dòng)器、主板插槽、電源機(jī)箱。新型電腦的所有設(shè)計(jì)完全由沃茲一個(gè)人獨(dú)立完成，甚至連其中的BASIC解釋程序也是沃茲親自編寫的。Apple-II是世界上第一臺(tái)具有彩色顯示功能的個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以直接同家用彩電連接，節(jié)省了顧客額外購買彩色顯示器的費(fèi)用。這種電腦達(dá)到了當(dāng)時(shí)微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的最高水準(zhǔn)。 “Apple-”酸蘋果Apple III的菜單蘋果電腦的誕生與發(fā)展*LisaLisa電腦引入了改進(jìn)的道格拉斯恩格爾巴特發(fā)明的鼠標(biāo)使用戶擺脫了對(duì)鍵盤指令不熟悉的心理障礙。然而，由于Lisa電腦的軟件開發(fā)未及時(shí)跟上，再加上每臺(tái)高達(dá)l萬多美元的售價(jià)，令大多數(shù)用戶望而卻步，最后僅售出不到2萬臺(tái)。Lisa電腦宣

43、告失敗。 Macintosh電腦（簡稱Mac）采用摩托羅拉公司32位的68000微處理器，擁有128K內(nèi)存，是IBM PC的兩倍，它的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各種型號(hào)的IBM PC機(jī)。它的外形短小精干，可以放在旅行包里帶走，并且使用鼠標(biāo)引導(dǎo)圖形操作界面。Mac電腦的功能接近Lisa電腦，而價(jià)格僅為Lisa的1/5，標(biāo)價(jià)2795美元，充分迎合了大眾用戶的購買力。 Apple iMACIBM-PC 1981年，第一臺(tái)IBM -PC，采用8088微處理器，裝有微軟為其開發(fā)的操作系統(tǒng)MS-DOS。1983年推出IBM PC/XT。 *IBM PC機(jī)之父Don Estridge 1985年，IBM- PC/AT，

44、采用Intel 80286微處理器。根據(jù)IBM和Intel簽訂的協(xié)議，AT機(jī)象征著IBM，其他公司不能像IBM一樣，在第一時(shí)間內(nèi)使用80286芯片。就這樣IBM限制住了競爭，直到AT機(jī)推出了好幾個(gè)月之后，IBM的競爭對(duì)手才推出了AT級(jí)的產(chǎn)品，而且花了幾乎一年時(shí)間才能進(jìn)行批量生產(chǎn)。 IBM-PC/AT* IBM PC/AT機(jī)的成功，使IBM PC成為個(gè)人電腦的代名詞，它甚至被時(shí)代周刊評(píng)選為1985年的“年度風(fēng)云人物”，時(shí)代周刊如是說：“在一年的新聞里，這個(gè)最吸引人的話題，它代表著一種進(jìn)程，一種持續(xù)發(fā)展并被廣泛接收和歡迎的進(jìn)程。這就是為什么時(shí)代在風(fēng)云激蕩的當(dāng)今世界中選擇了這么一位風(fēng)云人物，但這完全

45、不是一個(gè)人，而是一臺(tái)機(jī)器?！?IBM-PC機(jī)的“開放”政策又像一把“雙刃劍”，一方面創(chuàng)造了PC的巨大成功，另一方面又造就了眾多的仿造者，仿照出來的機(jī)器被人稱作“兼容機(jī)”。兼容機(jī)廠商所“蠶食”的市場份額已經(jīng)超過IBM的市場占有率，“藍(lán)色巨人”喪失了全球近55的市場份額。 同時(shí)，IBM由于其內(nèi)部龐雜的管理機(jī)構(gòu)、日益盛行的官僚主義作風(fēng)和管理上的混亂狀態(tài)陷于困境。 1993年，IBM董事會(huì)聘請(qǐng)美國“食品大王”郭士納接任董事長兼首席執(zhí)行官，以期重振IBM。 在2005年之后由于聯(lián)想集團(tuán)收購了IBM PC事業(yè)部郭士納拯救IBM的八個(gè)關(guān)鍵詞 關(guān)注點(diǎn) 原則性領(lǐng)導(dǎo)以客戶為導(dǎo)向從現(xiàn)實(shí)出發(fā)注重營銷績效工資執(zhí)行激情H

46、P-21151983 Compaq PCNotebook1996 Toshiba LibrettoToshibas Libretto was the smallest PC compatible computer to be released.ThinkPadThinkPad在2005年以前是由IBM PC事業(yè)部設(shè)計(jì)、制作并銷售，憑借堅(jiān)固和可靠的特性在業(yè)界享有很高聲譽(yù)。在2005年之后由于聯(lián)想集團(tuán)收購了IBM PC事業(yè)部，ThinkPad商標(biāo)為聯(lián)想所有（10年），ThinkPad品牌的計(jì)算機(jī)改由聯(lián)想公司制作與銷售。2006年，PowerBook 與 iBook 系列分別被新的 MacBook Pro 與及 MacBook 家族所取代。iBookPowerBook由于消費(fèi)者更青睞MacBook Air, MacBook產(chǎn)品系列于2011年7月20日