計(jì)算機(jī)的前世今生

計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)發(fā)展史第二章、計(jì)算機(jī)的組成及原理第三章、計(jì)算機(jī)的種類第四章、計(jì)算機(jī)的未來第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四第1章、計(jì)算機(jī)發(fā)展史

1.1計(jì)算機(jī)的史前史——計(jì)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(jì)算機(jī)的史前史

手動(dòng)式計(jì)算工具–中國結(jié)繩：古書記載：“上古結(jié)繩而治”手指：十進(jìn)制算籌：人造計(jì)算工具算盤：計(jì)算工具的重大改革＋遠(yuǎn)古時(shí)代春秋時(shí)期元代后期第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.1計(jì)算機(jī)的史前史

(cont.)

手動(dòng)式計(jì)算工具–外國石子：拉丁文中“Calculus”的原意是用于計(jì)算的小石子。Napier算籌：英國人發(fā)明對數(shù)計(jì)算尺：英國人發(fā)明。阿拉伯?dāng)?shù)字誰發(fā)明的？古巴比倫人采用60進(jìn)制，瑪雅人采用20進(jìn)制。遠(yuǎn)古時(shí)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(jì)算25×825×840＋16200用加法操作來實(shí)現(xiàn)乘法操作。

將復(fù)雜運(yùn)算轉(zhuǎn)換為簡單運(yùn)算。1.1計(jì)算機(jī)的史前史

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

(cont.)機(jī)械式計(jì)算工具帕斯卡加法器：法國人發(fā)明。萊布尼茨四則運(yùn)算器：德國人發(fā)明。穿孔卡片和雅各織布機(jī)：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(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、思想家

16歲時(shí)發(fā)現(xiàn)著名的帕斯卡六邊形定理。17歲時(shí)寫成《圓錐曲線論》物理學(xué)：發(fā)現(xiàn)帕斯卡定律；改進(jìn)了水銀氣壓計(jì)

發(fā)明加法器《思想錄》：“人是一根能思考的葦草”；“人應(yīng)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(jì)念他，以他的名字作為壓強(qiáng)的單位（Pa）

Pascal—一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)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(xué)家、數(shù)學(xué)家、自然科學(xué)家。被譽(yù)為十七世紀(jì)的亞里士多德。

和牛頓先后獨(dú)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(jìn)制

最早研究中國文化和中國哲學(xué)的德國人

萊布尼茨四則運(yùn)算器

符號大師：積分、微分符號、商“a/b”、

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

(cont.)機(jī)械式計(jì)算工具—自動(dòng)機(jī)械差分機(jī)：英國人（巴貝奇）發(fā)明。采用寄存器（齒輪式裝置）來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)使計(jì)算工具從手動(dòng)機(jī)械躍入自動(dòng)機(jī)械。分析機(jī)：英國人（巴貝奇）發(fā)明。以齒輪為元件、以蒸汽為動(dòng)力。具有存儲(chǔ)、運(yùn)算、控制、輸入輸出裝置。未能實(shí)現(xiàn)。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(dá)·拜倫（AugustaAdaByron）為分析機(jī)編制了人類歷史上第一批計(jì)算機(jī)程序。愛達(dá)和巴貝奇為后來計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。ADA語言：美國軍方開發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)等尖端武器的語言。愛達(dá)1.1計(jì)算機(jī)的史前史

(cont.)第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四

制表機(jī)：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(dòng)進(jìn)行加減乘除運(yùn)算、累計(jì)存檔、制作報(bào)表的機(jī)電式計(jì)算工具。

輸入、輸出、存儲(chǔ)均用穿孔卡片。人類歷史上第一次利用計(jì)算工具進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。1886年1.2計(jì)算機(jī)的古代史-機(jī)電式計(jì)算機(jī)第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四Z-1計(jì)算機(jī)：德國人發(fā)明。先后研制出Z-2、Z-3、Z-4。第一臺采用二進(jìn)制和繼電器的，完全由程序控制的機(jī)電計(jì)算機(jī)。二進(jìn)制、浮點(diǎn)記數(shù)法、帶存儲(chǔ)地址的指令等思想的實(shí)現(xiàn)。1938年1.2計(jì)算機(jī)的古代史-機(jī)電式計(jì)算機(jī)第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)之父-圖靈（AlanTuring）二戰(zhàn)時(shí)參與研制Colossus，破譯德軍情報(bào)計(jì)算機(jī)之父、人工智能之父、破譯之父咬了一口蘋果，去世時(shí)僅42歲圖靈獎(jiǎng)是計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)圖靈去世后約20年，兩名19歲大學(xué)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(jì)算機(jī)的古代史-機(jī)電式計(jì)算機(jī)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(gè)電子真空管采用二進(jìn)位制，而非通常的十進(jìn)位制采用電容器作為存儲(chǔ)器，可再生而且避免錯(cuò)誤進(jìn)行直接的邏輯運(yùn)算，而非通常的數(shù)字算術(shù)為解決日常工作中的復(fù)雜方程式計(jì)算1939年1.3計(jì)算機(jī)的近代史-電子計(jì)算機(jī)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(gè)電子管，占地167平方米，重達(dá)30噸。軍械部為計(jì)算彈道和射擊表啟動(dòng)的計(jì)劃，賓夕法尼亞大學(xué)。二戰(zhàn)時(shí)基于軍事應(yīng)用1.3計(jì)算機(jī)的近代史-電子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)之父EDVAC報(bào)告草案馮·諾依曼機(jī)：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)明確了計(jì)算機(jī)的5個(gè)組成部分采用二進(jìn)制存儲(chǔ)和計(jì)算采用存儲(chǔ)程序方式，計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行。1.3計(jì)算機(jī)的近代史-電子計(jì)算機(jī)第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四手動(dòng)式計(jì)算工具20世紀(jì)60年代1.4計(jì)算工具的發(fā)展簡表機(jī)械式計(jì)算工具1642年1886年機(jī)電式計(jì)算機(jī)20世紀(jì)30年代電子計(jì)算機(jī)元代1300年算盤遠(yuǎn)古1832年分析機(jī)計(jì)算器第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.5計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代史第一代計(jì)算機(jī)（1946-1958）電子管(VacuumTubes)為基本元器件，運(yùn)算速度為每秒幾千次至幾萬次采用二進(jìn)制形式，程序設(shè)計(jì)語言為機(jī)器語言。程序可以存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)的現(xiàn)代史第二代計(jì)算機(jī)（1959-1964）用晶體管(Transistors)代替了電子管采用磁芯存儲(chǔ)器作主存，磁盤與磁帶作輔存出現(xiàn)了匯編語言和高級語言；出現(xiàn)了監(jiān)控程序作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的許多新技術(shù)相繼出現(xiàn)出現(xiàn)了超級計(jì)算機(jī)第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.5計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代史第三代計(jì)算機(jī)（1965-1970）用集成電路(IntegratedCircuits)取代了晶體管。用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器淘汰了磁芯存儲(chǔ)器。出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計(jì)方法。走向了系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)。第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.5計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代史第四代計(jì)算機(jī)（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(chǔ)容量進(jìn)一步擴(kuò)大。輸入采用了光學(xué)字符識別和條形碼等技術(shù)。高級程序設(shè)計(jì)語言得到廣泛使用。微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了千家萬戶?；ヂ?lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用。巨型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的組成及原理計(jì)算機(jī)里有什么？第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2、計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.1存儲(chǔ)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(shè)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(shè)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(yīng)用軟件的關(guān)系

硬件相當(dāng)于家產(chǎn)，操作系統(tǒng)相當(dāng)于管家，應(yīng)用軟件相當(dāng)于長工。第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器一套硬件，通過軟件，來控制實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)算。通用計(jì)算模型2.5通用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。第31頁，共33頁，2023年，2