計算機的發(fā)展及應(yīng)用課件

計算機發(fā)展簡史17世紀(jì)之前，中國人的智慧之光16世紀(jì)-17世紀(jì)初期，西方人的靈感17世紀(jì)中期-19世紀(jì)中期先驅(qū)的探索機械式計算機19世紀(jì)后期機械到電的飛躍機電式計算機20世紀(jì)電子文明的曙光電子計算機1計算機發(fā)展簡史17世紀(jì)之前，中國人的智慧之光117世紀(jì)之前中國人的智慧之光217世紀(jì)之前中國人的智慧之光2最古老的計算工具算籌春秋時期出現(xiàn)?？v式和橫式表示自然數(shù)，可進行加減乘除、開方及其它的代數(shù)計算。負(fù)數(shù)出現(xiàn)后，算籌分紅黑兩種，紅籌表示正數(shù)，黑籌表示負(fù)數(shù)。這種運算工具和運算方法，在當(dāng)時世界上是獨一無二的。祖沖之用15年時間計算圓周率，精確到小數(shù)點后7位3最古老的計算工具算籌春秋時期出現(xiàn)?？v式和橫式表示自然數(shù)，可進最古老的計算器算盤被譽作中國“第五大發(fā)明”，陜西歧山西周宮室遺址中出土了90粒青黃兩色陶丸，青色20粒，黃色70粒，將算盤的發(fā)明時間提前到二千多年前的西周時期。“價格低廉，絕無故障，節(jié)約能源，十年中無需任何保養(yǎng)”4最古老的計算器算盤被譽作中國“第五大發(fā)明”，416世紀(jì)-17世紀(jì)初期西方人的靈感516世紀(jì)-17世紀(jì)初期西方人的靈感51621年岡特計算尺在發(fā)明計算機之前，計算尺是科學(xué)研究、工程設(shè)計和生產(chǎn)實踐中使用最廣泛、應(yīng)用最便捷、最有價值的計算工具。在三百余年的輝煌歷史時間內(nèi)，計算尺為人類進步、世界文明作出了無法估量的偉大貢獻。61621年岡特計算尺在發(fā)明計算機之前，計算尺是科學(xué)研究、工程達芬奇機械式計算機1500年達芬奇手稿關(guān)于機械式計算工具的描述后人根據(jù)達芬奇手稿仿制的機械式計算機

7達芬奇機械式計算機717世紀(jì)中期-19世紀(jì)中期先驅(qū)的探索機械式計算機817世紀(jì)中期-19世紀(jì)中期先驅(qū)的探索機械式計算機81642年P(guān)ASCAL(1623)加法機法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和思想家人類史上第一臺機械式計算機，其原理對后續(xù)計算機產(chǎn)生了持久的影響。采用齒輪傳動設(shè)備完成運算，穿孔卡存儲數(shù)據(jù)。pascal從加法機的成功中得出結(jié)論：人的某些思維過程與機械過程沒有差別，因此可設(shè)想用機械模擬人的思維1971年瑞典人沃斯發(fā)明PASCAL高級語言向其表示敬意91642年P(guān)ASCAL(1623)加法機法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家1673年G.Leibnitz乘法機器1673年，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲發(fā)明乘法機，步進輪可利用多次加法完成乘法可以運行完整的四則運算的計算機。萊布尼茲同時還提出了“可以用機械代替人進行繁瑣重復(fù)的計算工作”的偉大思想，這一思想至今鼓舞著人們探求新的計算機。101673年G.Leibnitz乘法機器1673年，德國數(shù)學(xué)家編程序？？？1805Jacquard（杰卡德）11編程序？？？1805Jacquard（杰卡德）11程序控制思想的萌芽如何將人的思想傳送給機器，讓機器按人的意志自動執(zhí)行。1725年，法國紡織機械師B.Bouchon發(fā)明利用穿孔紙帶控制印花的方法1805J.Jacquard發(fā)明采用穿孔卡片的自動提花機——第一臺能織出復(fù)雜圖案的自動織布機編程序＝編織花布12程序控制思想的萌芽如何將人的思想傳送給機器，讓機器按人的意志1805Jacquard131805Jacquard1314141821年Babbage差分機1821年，英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)明差分機，專門用于航海和天文計算?？商幚?個5位數(shù)，計算精度達到6位小數(shù)。“差分”是把函數(shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運算，用簡單的加法代替平方運算。20歲的巴貝奇從法國人杰卡德發(fā)明的提花編織機上獲得了靈感，差分機設(shè)計閃爍出了程序控制的靈光──它能夠按照設(shè)計者的旨意，自動處理不同函數(shù)的計算過程。

151821年Babbage差分機1821年，英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)DifferenceEngine（差分機）三個具有現(xiàn)代意義的裝置保存數(shù)據(jù)的寄存器（齒輪式裝置）；從寄存器取出數(shù)據(jù)進行運算的裝置，機器的乘法以累次加法來實現(xiàn)；控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果的裝置；最早采用寄存器來存儲數(shù)據(jù)的計算機，體現(xiàn)了早期程序設(shè)計思想的萌芽。16DifferenceEngine（差分機）三個具有現(xiàn)代意義ThefirstprogrammerAdaAugustaAda描述了差分機如何進行編程，最早給出計算機程序設(shè)計的許多想法。討論預(yù)言了通用計算機的作用，控制卡、數(shù)據(jù)卡、操作卡提出了存儲位置或地址的想法

“循環(huán)”(looping)的概念三角函數(shù)和級數(shù)相乘程序、貝努利函數(shù)程序17ThefirstprogrammerAdaAuguAnalyticalEngine分析機——早期的機械通用計算機18AnalyticalEngine分析機——早期的機械通用計AnalyticalEngine19AnalyticalEngine19AnalyticalEngine20AnalyticalEngine201940MechanicalanalogmachinesdesignedbyLordKelvin

211940Mechanicalanalogmachin機電式計算機19世紀(jì)后期機械到電的飛躍22機電式計算機19世紀(jì)后期機械到電的飛躍22赫爾曼·霍勒斯制表機赫爾曼·霍勒斯博士發(fā)明穿孔卡片，是電腦軟件的雛形1888年赫爾曼發(fā)明了制表機，它采用穿孔卡片進行數(shù)據(jù)處理，并用電氣控制技術(shù)取代了純機械裝置。23赫爾曼·霍勒斯制表機赫爾曼·霍勒斯博士發(fā)明穿孔卡片，是電腦軟Punchedtape/card穿孔卡片的出現(xiàn)加速了二十世紀(jì)工業(yè)和商業(yè)的發(fā)展24Punchedtape/card穿孔卡片的出現(xiàn)加速了二十世Punchedcard容量：2000張卡，相當(dāng)于現(xiàn)在的20KB重量：6.6Kg.25Punchedcard容量：2000張卡，相當(dāng)于現(xiàn)在的2PunchedcardProcess26PunchedcardProcess261890年，美國人口普查全部采用了霍勒斯制表機。1900年美國人口普查由于采用了制表機，全部統(tǒng)計處理工作只用了1年零7個月時間?；衾账褂?896年創(chuàng)立了制表機公司，1911年該公司并入CTR（計算制表記錄）公司1924年IBM成立赫爾曼·霍勒斯制表機271890年，美國人口普查全部采用了霍勒斯制表機。1900年美1904年弗萊明發(fā)明真空電子二極管1904年，英國人弗萊明發(fā)明真空電子二極管。電子管的誕生，是人類電子文明的起點。281904年弗萊明發(fā)明真空電子二極管1904年，英國人弗萊明發(fā)1906年弗雷斯特發(fā)明真空電子三極管1906年，美國人德弗雷斯特發(fā)明電子三極管。在研究中發(fā)現(xiàn)，三極管可以通過級聯(lián)使放大倍數(shù)大增。這使得三極管的實用價值大大提高，從而促成了無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展。291906年弗雷斯特發(fā)明真空電子三極管1906年，美國人德弗雷現(xiàn)代真空電子管30現(xiàn)代真空電子管301938年朱斯的Z系列計算機1938年，德國科學(xué)家朱斯制造出Z-1計算機第一臺采用二進制和真空電子管的計算機。朱斯先后研制出采用繼電器的Z-2、Z-3和Z-4。Z-3使用了2600個繼電器，在1944年美軍對柏林進行的空襲中被炸毀。311938年朱斯的Z系列計算機1938年，德國科學(xué)家朱斯制造出1943年英國“巨人”計算機Colossus1943年英國科學(xué)家研制成功第一臺“巨人”計算機，專門用于破譯德軍Enigma密碼。第一臺“巨人”有1500個電子管，5個處理器并行工作，每個處理器每秒處理5000個字母。二戰(zhàn)期間共有10臺“巨人”在英軍服役，平均每小時破譯11份德軍情報321943年英國“巨人”計算機Colossus1943年英國科艾肯的MARK—I1944年，美國科學(xué)家艾肯在IBM的支持下，研制成功機電式計算機MARK-I。世界上最早的通用型自動機電式計算機之一，它取消了齒輪傳動裝置，以穿孔紙帶傳送指令。MARK-1外殼用鋼和玻璃制成，長15米，高2.4米，自重31.5噸，使用了15萬個元件和800公里電線，每分鐘進行200次運算。33艾肯的MARK—I1944年，美國科學(xué)家艾肯在IBM的支持下電子計算機的誕生34電子計算機的誕生34世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)，美國賓夕法尼亞大學(xué)1946年研制成功18000多個電子管，1500多個繼電器，耗電150千瓦，重30噸，占地150m2，運算速度5000次/秒左右盡管從今天的眼光來看，這臺計算機性能低且耗費巨大，但它卻是科學(xué)史上的一次劃時代的創(chuàng)新，它奠定了電子計算機的基礎(chǔ)。宣告人類進入電子計算機時代。擔(dān)任開發(fā)任務(wù)的“莫爾小組”由四位科學(xué)家和工程師?？颂亍⒛死?、戈爾斯坦、博克斯組成，總工程師埃克特當(dāng)時年僅24歲。35世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC(ElectronicENIAC36ENIAC36ENIAC37ENIAC37VacuumtubeinENIAC38VacuumtubeinENIAC38InputPannel(42)39InputPannel(42)39Cable40Cable40Programing41Programing41Debug(線路檢查)42Debug(線路檢查)42ENIAC&VonNeumann43ENIAC&VonNeumann43ENIAC的問題十進制計算機每一位數(shù)由一圈共10個真空管表示通過開關(guān)和插拔電纜進行手動編程輸入程序和數(shù)據(jù)可能需要半天時間能否將程序和數(shù)據(jù)存在存儲器中？存儲程序？？EVDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)44ENIAC的問題十進制計算機44現(xiàn)代電子計算機之父1944~1945年間，美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾伊曼在第一臺現(xiàn)代計算機ENIAC尚未問世時注意到其弱點，并提出一個新機型EDVAC的設(shè)計方案，其中提到了兩個設(shè)想：采用二進制和“存儲程序”。這兩個設(shè)想對于現(xiàn)代計算機至關(guān)重要，也使馮·諾伊曼成為“現(xiàn)代電子計算機之父”，馮·諾伊曼機體系延續(xù)至今。45現(xiàn)代電子計算機之父1944~1945年間，美籍匈牙利科學(xué)家馮硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響

100000000

超大規(guī)模集成電路

1978－現(xiàn)在

五

10000000

大規(guī)模集成電路

1972－1977

1000000

中小規(guī)模集成電路

1965－1971

200000

晶體管

1958－1964

40000

電子管

1946－1957

速度/（次/秒）

硬件技術(shù)

時間

代三四二一46硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響100000000第一代計算機1946開始的電子管計算機時代運算速度一般為每秒幾千次到幾萬次，體積龐大，功耗大，價格昂貴，成本很高，可靠性較低。存儲器：水銀延遲線

輔助存儲器：磁鼓、紙帶、卡片使用機器語言/匯編語言，應(yīng)用領(lǐng)域集中在科學(xué)計算第一代計算機奠定了計算機發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)47第一代計算機1946開始的電子管計算機時代47存儲器的出現(xiàn)1951年，中國移民王安發(fā)明了磁芯存儲器，IBM于1956年購買了這項技術(shù)專利。48存儲器的出現(xiàn)1951年，中國移民王安發(fā)明了磁芯存儲器，IBM高級語言的出現(xiàn)1956年，IBM公司的巴克斯研制成功第一個高級程序語言FORTRAN，它被廣泛用于科學(xué)計算。49高級語言的出現(xiàn)1956年，IBM公司的巴克斯研制成功第一個高第二代計算機1958開始的晶體管計算機時代運算速度提高到每秒幾萬次到幾十萬次，可靠性提高，體積縮小，成本降低，功耗降低。主存儲器：磁芯

輔助存儲器：磁盤、磁帶

在軟件上出現(xiàn)了算法語言和操作系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域從科學(xué)計算擴展到了數(shù)據(jù)處理。FORTRAN、ALGOL-60、COBOL50第二代計算機1958開始的晶體管計算機時代50第三代計算機1965開始的集成電路計算機時代運算速度提高到每秒幾十萬次到幾百萬次，可靠性進一步提高，體積進一步縮小，成本進一步降低，功耗顯著降低。主存儲器：半導(dǎo)體在此期間，形成機種多樣化，生產(chǎn)系列化，使用系統(tǒng)化，“小型計算機”開始出現(xiàn)。軟件技術(shù)與計算機外圍設(shè)備發(fā)展迅速。51第三代計算機1965開始的集成電路計算機時代51第四代計算機1972年開始,大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機時代運算速度提高到每秒幾百萬次到幾千萬次，MIPS->GIPS->TIPS,可靠性更進一步提高，體積更進一步縮小，成本更進一步降低。在此期間，“微型計算機”開始出現(xiàn)。多機處理/網(wǎng)絡(luò)化成為第四代計算機的一個重要特征52第四代計算機1972年開始,大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機時二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片存儲器芯片1971年8位16位32位64位4位（4004）1970年256位1K位16K位64K位256K位1M位16M位64M位4K位4M位2.153二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片存儲器芯片1971年Intel公司的典型微處理器產(chǎn)品80808位1974年808616位1979年2.9萬個晶體管8028616位1982年13.4萬個晶體管8038632位1985年27.5萬個晶體管8048632位1989年120.0萬個晶體管Pentium64位（準(zhǔn)）1993年310.0萬個晶體管PentiumPro64位（準(zhǔn)）1995年550.0萬個晶體管PentiumⅡ64位（準(zhǔn)）1997年750.0萬個晶體管PentiumⅢ64位（準(zhǔn)）1999年950.0萬個晶體管PentiumⅣ64位2000年4200.0萬個晶體管2.1

2007年芯片上可集成3

億

5

千萬

個晶體管預(yù)計

2010年芯片上可集成8

億

個晶體管54Intel公司的典型微處理器產(chǎn)品8080計算機發(fā)展的6個規(guī)律Moore定律：微處理器內(nèi)晶體管數(shù)每十八個月翻一番；Bell定律：如保持計算能力不變，微處理器價格，每十八個月減少一半；Gilder定律：未來25年（1996年預(yù)言），主干網(wǎng)帶寬每6個月增加一倍；Metcalfe定律網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比。半導(dǎo)體存儲器發(fā)展規(guī)律：DRAM密度每年增加60%，每三年翻四倍硬盤存儲技術(shù)發(fā)展規(guī)律：硬盤的密度每年增加約一倍55計算機發(fā)展的6個規(guī)律Moore定律：55新摩爾定理由于國際互聯(lián)網(wǎng)及電子商務(wù)的超高速的發(fā)展，從現(xiàn)在起，每18個月,新增的存儲量等于有史以來存儲量之和!

———1998年圖靈獎獲得者JimGray56新摩爾定理由于國際互聯(lián)網(wǎng)及電子商務(wù)的超高速的發(fā)展，計算機分類計算機電子模擬計算機電子數(shù)字計算機通用計算機專用計算機巨型機大型機中型機小型機微型機單片機57計算機分類計算機電子模擬計算機電子數(shù)字計算機通用計算機專用計2.2計算機的應(yīng)用一、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實時控制三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.電子商務(wù)2.網(wǎng)絡(luò)教育3.敏捷制造582.2計算機的應(yīng)用一、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實時四、虛擬現(xiàn)實五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)六、CAD/CAM/CIMS七、多媒體技術(shù)八、人工智能2.259四、虛擬現(xiàn)實五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)六、CAD/CAM/2.3計算機的展望一、計算機具有類似人腦的一些超級

智能功能要求計算機的速度達1015/秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制芯片集成度受物理極限的制約按幾何級數(shù)遞增的制作成本芯片的功耗、散熱、線延遲602.3計算機的展望一、計算機具有類似人腦的一些超級要求計算三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片1.光計算機2.DNA生物計算機3.量子計算機利用光子取代電子進行運算和存儲通過控制DNA分子間的生化反應(yīng)利用原子所具有的量子特性2.361三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片1.光計算機2.DNA生物計算機3演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！計算機發(fā)展簡史17世紀(jì)之前，中國人的智慧之光16世紀(jì)-17世紀(jì)初期，西方人的靈感17世紀(jì)中期-19世紀(jì)中期先驅(qū)的探索機械式計算機19世紀(jì)后期機械到電的飛躍機電式計算機20世紀(jì)電子文明的曙光電子計算機63計算機發(fā)展簡史17世紀(jì)之前，中國人的智慧之光117世紀(jì)之前中國人的智慧之光6417世紀(jì)之前中國人的智慧之光2最古老的計算工具算籌春秋時期出現(xiàn)?？v式和橫式表示自然數(shù)，可進行加減乘除、開方及其它的代數(shù)計算。負(fù)數(shù)出現(xiàn)后，算籌分紅黑兩種，紅籌表示正數(shù)，黑籌表示負(fù)數(shù)。這種運算工具和運算方法，在當(dāng)時世界上是獨一無二的。祖沖之用15年時間計算圓周率，精確到小數(shù)點后7位65最古老的計算工具算籌春秋時期出現(xiàn)?？v式和橫式表示自然數(shù)，可進最古老的計算器算盤被譽作中國“第五大發(fā)明”，陜西歧山西周宮室遺址中出土了90粒青黃兩色陶丸，青色20粒，黃色70粒，將算盤的發(fā)明時間提前到二千多年前的西周時期。“價格低廉，絕無故障，節(jié)約能源，十年中無需任何保養(yǎng)”66最古老的計算器算盤被譽作中國“第五大發(fā)明”，416世紀(jì)-17世紀(jì)初期西方人的靈感6716世紀(jì)-17世紀(jì)初期西方人的靈感51621年岡特計算尺在發(fā)明計算機之前，計算尺是科學(xué)研究、工程設(shè)計和生產(chǎn)實踐中使用最廣泛、應(yīng)用最便捷、最有價值的計算工具。在三百余年的輝煌歷史時間內(nèi)，計算尺為人類進步、世界文明作出了無法估量的偉大貢獻。681621年岡特計算尺在發(fā)明計算機之前，計算尺是科學(xué)研究、工程達芬奇機械式計算機1500年達芬奇手稿關(guān)于機械式計算工具的描述后人根據(jù)達芬奇手稿仿制的機械式計算機

69達芬奇機械式計算機717世紀(jì)中期-19世紀(jì)中期先驅(qū)的探索機械式計算機7017世紀(jì)中期-19世紀(jì)中期先驅(qū)的探索機械式計算機81642年P(guān)ASCAL(1623)加法機法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和思想家人類史上第一臺機械式計算機，其原理對后續(xù)計算機產(chǎn)生了持久的影響。采用齒輪傳動設(shè)備完成運算，穿孔卡存儲數(shù)據(jù)。pascal從加法機的成功中得出結(jié)論：人的某些思維過程與機械過程沒有差別，因此可設(shè)想用機械模擬人的思維1971年瑞典人沃斯發(fā)明PASCAL高級語言向其表示敬意711642年P(guān)ASCAL(1623)加法機法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家1673年G.Leibnitz乘法機器1673年，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲發(fā)明乘法機，步進輪可利用多次加法完成乘法可以運行完整的四則運算的計算機。萊布尼茲同時還提出了“可以用機械代替人進行繁瑣重復(fù)的計算工作”的偉大思想，這一思想至今鼓舞著人們探求新的計算機。721673年G.Leibnitz乘法機器1673年，德國數(shù)學(xué)家編程序？？？1805Jacquard（杰卡德）73編程序？？？1805Jacquard（杰卡德）11程序控制思想的萌芽如何將人的思想傳送給機器，讓機器按人的意志自動執(zhí)行。1725年，法國紡織機械師B.Bouchon發(fā)明利用穿孔紙帶控制印花的方法1805J.Jacquard發(fā)明采用穿孔卡片的自動提花機——第一臺能織出復(fù)雜圖案的自動織布機編程序＝編織花布74程序控制思想的萌芽如何將人的思想傳送給機器，讓機器按人的意志1805Jacquard751805Jacquard1376141821年Babbage差分機1821年，英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)明差分機，專門用于航海和天文計算。可處理3個5位數(shù)，計算精度達到6位小數(shù)?！安罘帧笔前押瘮?shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運算，用簡單的加法代替平方運算。20歲的巴貝奇從法國人杰卡德發(fā)明的提花編織機上獲得了靈感，差分機設(shè)計閃爍出了程序控制的靈光──它能夠按照設(shè)計者的旨意，自動處理不同函數(shù)的計算過程。

771821年Babbage差分機1821年，英國數(shù)學(xué)家巴貝奇發(fā)DifferenceEngine（差分機）三個具有現(xiàn)代意義的裝置保存數(shù)據(jù)的寄存器（齒輪式裝置）；從寄存器取出數(shù)據(jù)進行運算的裝置，機器的乘法以累次加法來實現(xiàn)；控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果的裝置；最早采用寄存器來存儲數(shù)據(jù)的計算機，體現(xiàn)了早期程序設(shè)計思想的萌芽。78DifferenceEngine（差分機）三個具有現(xiàn)代意義ThefirstprogrammerAdaAugustaAda描述了差分機如何進行編程，最早給出計算機程序設(shè)計的許多想法。討論預(yù)言了通用計算機的作用，控制卡、數(shù)據(jù)卡、操作卡提出了存儲位置或地址的想法

“循環(huán)”(looping)的概念三角函數(shù)和級數(shù)相乘程序、貝努利函數(shù)程序79ThefirstprogrammerAdaAuguAnalyticalEngine分析機——早期的機械通用計算機80AnalyticalEngine分析機——早期的機械通用計AnalyticalEngine81AnalyticalEngine19AnalyticalEngine82AnalyticalEngine201940MechanicalanalogmachinesdesignedbyLordKelvin

831940Mechanicalanalogmachin機電式計算機19世紀(jì)后期機械到電的飛躍84機電式計算機19世紀(jì)后期機械到電的飛躍22赫爾曼·霍勒斯制表機赫爾曼·霍勒斯博士發(fā)明穿孔卡片，是電腦軟件的雛形1888年赫爾曼發(fā)明了制表機，它采用穿孔卡片進行數(shù)據(jù)處理，并用電氣控制技術(shù)取代了純機械裝置。85赫爾曼·霍勒斯制表機赫爾曼·霍勒斯博士發(fā)明穿孔卡片，是電腦軟Punchedtape/card穿孔卡片的出現(xiàn)加速了二十世紀(jì)工業(yè)和商業(yè)的發(fā)展86Punchedtape/card穿孔卡片的出現(xiàn)加速了二十世Punchedcard容量：2000張卡，相當(dāng)于現(xiàn)在的20KB重量：6.6Kg.87Punchedcard容量：2000張卡，相當(dāng)于現(xiàn)在的2PunchedcardProcess88PunchedcardProcess261890年，美國人口普查全部采用了霍勒斯制表機。1900年美國人口普查由于采用了制表機，全部統(tǒng)計處理工作只用了1年零7個月時間?；衾账褂?896年創(chuàng)立了制表機公司，1911年該公司并入CTR（計算制表記錄）公司1924年IBM成立赫爾曼·霍勒斯制表機891890年，美國人口普查全部采用了霍勒斯制表機。1900年美1904年弗萊明發(fā)明真空電子二極管1904年，英國人弗萊明發(fā)明真空電子二極管。電子管的誕生，是人類電子文明的起點。901904年弗萊明發(fā)明真空電子二極管1904年，英國人弗萊明發(fā)1906年弗雷斯特發(fā)明真空電子三極管1906年，美國人德弗雷斯特發(fā)明電子三極管。在研究中發(fā)現(xiàn)，三極管可以通過級聯(lián)使放大倍數(shù)大增。這使得三極管的實用價值大大提高，從而促成了無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展。911906年弗雷斯特發(fā)明真空電子三極管1906年，美國人德弗雷現(xiàn)代真空電子管92現(xiàn)代真空電子管301938年朱斯的Z系列計算機1938年，德國科學(xué)家朱斯制造出Z-1計算機第一臺采用二進制和真空電子管的計算機。朱斯先后研制出采用繼電器的Z-2、Z-3和Z-4。Z-3使用了2600個繼電器，在1944年美軍對柏林進行的空襲中被炸毀。931938年朱斯的Z系列計算機1938年，德國科學(xué)家朱斯制造出1943年英國“巨人”計算機Colossus1943年英國科學(xué)家研制成功第一臺“巨人”計算機，專門用于破譯德軍Enigma密碼。第一臺“巨人”有1500個電子管，5個處理器并行工作，每個處理器每秒處理5000個字母。二戰(zhàn)期間共有10臺“巨人”在英軍服役，平均每小時破譯11份德軍情報941943年英國“巨人”計算機Colossus1943年英國科艾肯的MARK—I1944年，美國科學(xué)家艾肯在IBM的支持下，研制成功機電式計算機MARK-I。世界上最早的通用型自動機電式計算機之一，它取消了齒輪傳動裝置，以穿孔紙帶傳送指令。MARK-1外殼用鋼和玻璃制成，長15米，高2.4米，自重31.5噸，使用了15萬個元件和800公里電線，每分鐘進行200次運算。95艾肯的MARK—I1944年，美國科學(xué)家艾肯在IBM的支持下電子計算機的誕生96電子計算機的誕生34世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)，美國賓夕法尼亞大學(xué)1946年研制成功18000多個電子管，1500多個繼電器，耗電150千瓦，重30噸，占地150m2，運算速度5000次/秒左右盡管從今天的眼光來看，這臺計算機性能低且耗費巨大，但它卻是科學(xué)史上的一次劃時代的創(chuàng)新，它奠定了電子計算機的基礎(chǔ)。宣告人類進入電子計算機時代。擔(dān)任開發(fā)任務(wù)的“莫爾小組”由四位科學(xué)家和工程師埃克特、莫克利、戈爾斯坦、博克斯組成，總工程師?？颂禺?dāng)時年僅24歲。97世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC(ElectronicENIAC98ENIAC36ENIAC99ENIAC37VacuumtubeinENIAC100VacuumtubeinENIAC38InputPannel(42)101InputPannel(42)39Cable102Cable40Programing103Programing41Debug(線路檢查)104Debug(線路檢查)42ENIAC&VonNeumann105ENIAC&VonNeumann43ENIAC的問題十進制計算機每一位數(shù)由一圈共10個真空管表示通過開關(guān)和插拔電纜進行手動編程輸入程序和數(shù)據(jù)可能需要半天時間能否將程序和數(shù)據(jù)存在存儲器中？存儲程序？？EVDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)106ENIAC的問題十進制計算機44現(xiàn)代電子計算機之父1944~1945年間，美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾伊曼在第一臺現(xiàn)代計算機ENIAC尚未問世時注意到其弱點，并提出一個新機型EDVAC的設(shè)計方案，其中提到了兩個設(shè)想：采用二進制和“存儲程序”。這兩個設(shè)想對于現(xiàn)代計算機至關(guān)重要，也使馮·諾伊曼成為“現(xiàn)代電子計算機之父”，馮·諾伊曼機體系延續(xù)至今。107現(xiàn)代電子計算機之父1944~1945年間，美籍匈牙利科學(xué)家馮硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響

100000000

超大規(guī)模集成電路

1978－現(xiàn)在

五

10000000

大規(guī)模集成電路

1972－1977

1000000

中小規(guī)模集成電路

1965－1971

200000

晶體管

1958－1964

40000

電子管

1946－1957

速度/（次/秒）

硬件技術(shù)

時間

代三四二一108硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響100000000第一代計算機1946開始的電子管計算機時代運算速度一般為每秒幾千次到幾萬次，體積龐大，功耗大，價格昂貴，成本很高，可靠性較低。存儲器：水銀延遲線

輔助存儲器：磁鼓、紙帶、卡片使用機器語言/匯編語言，應(yīng)用領(lǐng)域集中在科學(xué)計算第一代計算機奠定了計算機發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)109第一代計算機1946開始的電子管計算機時代47存儲器的出現(xiàn)1951年，中國移民王安發(fā)明了磁芯存儲器，IBM于1956年購買了這項技術(shù)專利。110存儲器的出現(xiàn)1951年，中國移民王安發(fā)明了磁芯存儲器，IBM高級語言的出現(xiàn)1956年，IBM公司的巴克斯研制成功第一個高級程序語言FORTRAN，它被廣泛用于科學(xué)計算。111高級語言的出現(xiàn)1956年，IBM公司的巴克斯研制成功第一個高第二代計算機1958開始的晶體管計算機時代運算速度提高到每秒幾萬次到幾十萬次，可靠性提高，體積縮小，成本降低，功耗降低。主存儲器：磁芯

輔助存儲器：磁盤、磁帶

在軟件上出現(xiàn)了算法語言和操作系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域從科學(xué)計算擴展到了數(shù)據(jù)處理。FORTRAN、ALGOL-60、COBOL112第二代計算機1958開始的晶體管計算機時代50第三代計算機1965開始的集成電路計算機時代運算速度提高到每秒幾十萬次到幾百萬次，可靠性進一步提高，體積進一步縮小，成本進一步降低，功耗顯著降低。主存儲器：半導(dǎo)體在此期間，形成機種多樣化，生產(chǎn)系列化，使用系統(tǒng)化，“小型計算機”開始出現(xiàn)。軟件技術(shù)與計算機外圍設(shè)備發(fā)展迅速。113第三代計算機1965開始的集成電路計算機時代51第四代計算機1972年開始,大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機時代運算速度提高到每秒幾百萬次到幾千萬次，MIPS->GIPS->TIPS,可靠性更進一步提高，體積更進一步縮小，成本更進一步降低。在此期間，“微型計算機”開始出現(xiàn)。多機處理/網(wǎng)絡(luò)化成為第四代計算機的一個重要特征114第四代計算機1972年開始,大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機時二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片存儲器芯片1971年8位16位32位64位4位（4004）1970年256位1K位16K位64K位256K位1M位16M位64M位4K位4M位2.1115二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片存儲器芯片1971年Intel公司的典型微處理器產(chǎn)品80808位1974年808616位1979年2.9萬個晶體管8028616位1982年13.4萬個晶體管8038632位