諾依曼結構計算機

1計算機概述1.中國古代計算工具

2.機械計算機的發(fā)展

3.馮·諾依曼式計算機

4.從ENIAC到“京”速計算機

21.中國古代計算工具

31.1中國古代計算工具中國古代數字的誕生與演變中國古代數字與其他古國數字相比較的優(yōu)勢算籌的產生與計算方法算盤的產生41.1中國古代計算工具1最初的計算工具——手指2易得的計數工具——石頭、木棍、繩結3公園前四世紀戰(zhàn)國時期，《周易·系辭下》上古結繩而治，后世圣人易之以書契digit——手指，整數calculus——計算，微積分，結石51.1中國古代計算工具倉頡造字隸首作數61.1中國古代計算工具在公元前1600年的殷商時期出土的各種器皿上，已經能找到各種數字了，中國古時就用十進制數字。71.1中國古代計算工具公元前11世紀以后的金文公元一世紀東漢時期的《說文》一二三四五六七八九十今天的中文小寫數字*中國傳統(tǒng)文化中沒有0這個符號，唐朝后受印度影響采用的“.”，宋以后用的圓圈。

81.1中國古代計算工具古代埃及數字

1101001000100001000001000000？91.1中國古代計算工具古巴比倫的楔形文字中的數字101.1中國古代計算工具古巴比倫的楔形文字中的數字表示1表示10，采用60進制111.1中國古代計算工具古希臘用字母表示數字當字母和數字混寫時，在數字上方加橫線千以上重復，在左下加點2839121.1中國古代計算工具古代羅馬的數字131.1中國古代計算工具古代印度的數字——即阿拉伯數字公元100年時十世紀傳入阿拉伯后東西141.1中國古代計算工具傳入歐洲后西班牙德國法國151.1中國古代計算工具數字作為最重要的計算工具，中國唐宋以后受印度的阿拉伯文影響，但是早期流傳下來的十進制，按位擺放，單音讀法都是比較先進和易于計算的，所以中文數字一致延續(xù)至今，比如銀行單據上的大寫數字。壹

貳

參肆

伍

陸

柒

捌

玖

拾佰仟萬

161.1中國古代計算工具《老子》“善數者不用籌策”《七發(fā)》“孟子執(zhí)籌而筭，萬不失一”《說文解字》“筭，長六寸，計歷數者。言常弄乃不誤也?！彼慊I171.1中國古代計算工具出土的西漢時期的算籌明《永樂大典》181.1中國古代計算工具算籌的擺放有兩種方式，橫式和縱式。豎橫1500年前的《孫子算經》“凡算之法，先識其位，一縱十橫，百立千僵，千十相望，萬百相當?！奔礄M式和縱式要間隔排放。191.1中國古代計算工具比如計算3748+289從左向右算=4037201.1中國古代計算工具比如計算4231-789從左向右算=3442211.1中國古代計算工具乘除運算略（時間不夠可以放上。計算乘法49*36計算除法309÷7=44又1/7221.1中國古代計算工具和現在的筆算不同，籌算的加減乘除都是從左向右計算，因為筆算一旦落筆，就不好更改，而用算籌，可隨時從高位取出一根或者添加一根籌碼。唐宋以后籌算逐漸簡化，并可以利用紙來代替算籌進行演算。為了減少書寫比劃，寫的時候，常把籌碼多的數進行簡寫。231.1中國古代計算工具明清后，籌算整體被算盤算取代，只保留了在紙上寫的傳統(tǒng)，除了123保留縱橫外，其他符號都不再區(qū)分縱橫式了，這種脫胎于算籌的符號稱作蘇州碼子，又叫花碼，商碼。至今在港澳臺，南洋的一些華人店鋪中仍在使用。241.1中國古代計算工具251.1中國古代計算工具這兩道菜多少錢呢？261.1中國古代計算工具老虎斑每兩？元紅瓜子每兩？元271.1中國古代計算工具詹天佑修建的京張鐵路的里程牌281.1中國古代計算工具算籌存在著縱橫記數、占用地方面積大、運籌的數字較大容易出現失誤等缺點。唐朝后，另一種計算工具走上了歷史舞臺，這就是算盤。算盤用帶孔的珠子代替了竹棍，有檔位限制，不易亂，又有計算口訣，學的快，準確性高，所以很快就普及了。291.1中國古代計算工具中國最早的算盤圖見北宋畫家張擇端(1085-1145)的《清明上河圖》長卷中一個藥鋪。301.1中國古代計算工具算籌和算盤有一個很重要的特點就是可以從左向右算，這與數字的讀音順序相同，算出一位就可以讀出一位。所以，近現代很多速算技巧都是利用雙手模擬成算盤，再用腦計數，很快就可以得出結果。計算結果可以一邊算一邊說出，速度非常快。傳統(tǒng)文化賦予現代科學技術的新價值312.機械計算機的發(fā)展32伽利略的比例規(guī)納皮爾的“算籌”帕斯卡的加法器萊布尼茨的乘法器杰卡德的提花機1.2機械計算機的發(fā)展331.2機械計算機的發(fā)展一意大利科學家伽利略（1564~1642）1597年，伽利略讓工匠制作了一個比例規(guī)，用來計算不同口徑的大炮發(fā)射不同密度的炮彈時應該填充的火藥的量。后來炮手嫌計算麻煩，伽利略就更改了比例規(guī)的用途用作普通的數學計算，這算是歐洲早期用于計算的工具。341.2機械計算機的發(fā)展351.2機械計算機的發(fā)展二蘇格蘭數學家約翰·納皮爾（1550~1617）361.2機械計算機的發(fā)展格子計算——印度人發(fā)明，經阿拉伯流入歐洲。明朝時傳入我國，我國人民給這種計算方式起了個很好聽的名字“鋪地錦”。

371.2機械計算機的發(fā)展1614年，納皮爾根據格子計算的原理，將數碼刻在他發(fā)明的“算籌”上，形成了一種計算工具，起名為Napier’sBones，主要用來做乘除和開方運算。381.2機械計算機的發(fā)展例：573*468

391.2機械計算機的發(fā)展可以看出，通過“算籌”簡化了乘的部分，轉化為了加法和移位。而現代計算機中的乘法運算的實質也是二進制下的移位和加法運算，其原理是相同的。除法運算原理是轉化為減法和移位計算，今天就不講解了。401.2機械計算機的發(fā)展三法國數學家、物理學家、哲學家布萊士·帕斯卡（1623~1662）1642年，帕斯卡為了幫助父親制作稅務表格制作了加法機，Pascaline。，可以計算六位數字內的加減法。411.2機械計算機的發(fā)展依靠齒輪的旋轉和抓鉤的撥動

421.2機械計算機的發(fā)展今天，很多的簡單計數裝置也采用同樣的原理。

431.2機械計算機的發(fā)展帕斯卡39歲病逝。世人為了紀念他，把壓強的單位定義為了“帕”，他留給世人最著名的一句話就是“人只不過是一根脆弱的蘆葦，而他卻是一根有思想的蘆葦”。441.2機械計算機的發(fā)展四德國哲學家、數學家萊布尼茨（1646~1716）萊布尼茨讀到帕斯卡關于加法機的論文，并為加法機增加了一個“步進輪”，使機器可以進行連續(xù)的加法，這使得利用機器就可以進行乘除法運算。451.2機械計算機的發(fā)展1671年，萊布尼茲的手搖式齒輪計算機，可進行四則運算461.2機械計算機的發(fā)展這臺機器誕生后，即成為了行業(yè)標準，直到上世紀70年代，世界上很多國家還在生產和使用這種手搖式計算機，直到逐漸被機電式機械計算機和電子計算機代替。471.2機械計算機的發(fā)展萊布尼茨對數學和計算科學做出了杰出的貢獻，不但發(fā)明了機械式計算機，而且他還是微積分學科的創(chuàng)始人，參與了拓撲學的早期研究，更重要的是，他發(fā)明了二進制。二進制的運算規(guī)則比十進制要簡單得多，從而使利用機械進行數學運算更加的簡單可行。481.2機械計算機的發(fā)展從1671年到上世紀70年代，300多年的時間內，萊布尼茨的計算機可以說是最經典的機械計算機，用于計算的硬件條件初步具備，但是人類的研究并沒有止步于此。很多人還在不斷的探索，能不能讓計算機自動的進行運算呢。491.2機械計算機的發(fā)展問題：為計算機寫程序為什么叫“編程”呢？

編——《說文解字》解釋“以絲次第竹簡排列之曰編”。

孔子讀易，韋編三絕。

501.2機械計算機的發(fā)展當用兩組絲一橫一縱交叉在一起，就是編織了，這兩組絲一組叫經線，一組稱緯線。

提花，是在編織過程中，以控制經線有序升降的方式，使經線和緯線相互交錯，而在綢面上形成豐富多彩的花紋。

511.2機械計算機的發(fā)展明《天工開物》中畫的提花編織機示意圖

521.2機械計算機的發(fā)展1725年，法國紡織機械師布喬設計了很多帶孔的紙帶覆蓋在經線上，有孔的地方鉤針能通過拉起經線，沒有孔的地方鉤針被擋住，經線不能被拉起，使機器可以按照預先設計的圖案進行編織，而且紙帶可以重復利用。

531.2機械計算機的發(fā)展五法國發(fā)明家杰卡德（1752-1834）1808年，杰卡德把紙帶換成了卡片，并添加了一個能夠同時控制1200個提針牽動經線的裝置，設計了“自動提花編織機”大大提高了編織效率，以至于他的名字Jacquard成為了提花機的代名詞。

541.2機械計算機的發(fā)展杰卡德的一組卡片可以在他設計的機器上編織出相同的花布，這些卡片就是早期的程序了。編程最初就是用來設計提花機的卡片，到后期為計算機預先設計程序也就稱作“編程”了。551.2機械計算機的發(fā)展計算機：在操作者的控制下，一組沒有思維的機械零件，按照操作者預先設定的規(guī)則進行一系列有序動作（運算）之后，能夠得到操作者希望得到的運算結果。561.2機械計算機的發(fā)展計算機發(fā)展到19世紀初，用于計算的齒輪計算機和存儲程序的穿孔卡片都已經產生。這已經和現代計算機系統(tǒng)的兩大組成部分硬件、軟件非常契合了。573.馮·諾依曼結構計算機581.3馮·諾依曼結構計算機計算機之父查爾斯·巴貝奇差分思想馮·諾依曼體系的確立591.3馮·諾依曼結構計算機1946年電子計算機產生到現在已經近70年了，除了微電子工業(yè)的發(fā)展帶來的大規(guī)模集成電路提升了計算機的運行速度外，計算機系統(tǒng)的體系結構未做過大的改動，是美國科學家馮·諾依曼確定下來的“運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備”這五大基本結構。601.3馮·諾依曼結構計算機查爾斯·巴貝奇（1792~1871）611.3馮·諾依曼結構計算機1819年。巴貝奇查看用于計算的數學用表時，發(fā)現了大量的錯誤，因為當時的數學用表是由被稱作“Computer”的計算工人和“Printer”的印刷工人制作的，人工的計算總是會出現各種錯誤，巴貝奇就想能不能利用機械計算機來計算數學用表。

621.3馮·諾依曼結構計算機作為一個數學天才，巴貝奇利用了差分的概念做了一個可以求二次多項式函數值的機器。631.3馮·諾依曼結構計算機變量X函數值Y一次差分二次差分函數Y=x2+2x+11429316574259225？1136++641.3馮·諾依曼結構計算機對于任意函數f(x)=ax2+bx+c。其二次差分常數=|2!|對于任意函數f(x)=axn+bxn-1………其n次差分常數=|n!|651.3馮·諾依曼結構計算機Y=x4XY1次差分2次差分3次差分4次差分112163814256562515651753695011019460842461296671302108247++++2401只要將差分表求和，可求出下一個x的函數值。即多項式函數的結果可以用簡單的加法求的。661.3馮·諾依曼結構計算機隨著微積分學的發(fā)展，人們發(fā)現，任何連續(xù)函數都可以用多項式逼近，即可用多項式來無限靠近函數結果。而多項式的函數值可以通過差分運算完全轉化為加法和移位。這就是巴貝奇制作的差分機的思想。671.3馮·諾依曼結構計算機將復雜運算轉化為簡單的加法和機械式移位，在人類的運算歷史中已經很多次應用了，從算籌，格子運算到差分機，以至現在電子計算機的運算原理，都是以此為原理。這就是老子的“大道至簡”681.3馮·諾依曼結構計算機1834年，巴貝奇在法國看到了使用穿孔卡片的提花編織機，當時他就考慮到了使用穿孔卡片的方式可以為差分機輸入指令。后來，巴貝奇又想設計一種可以計算任何數學運算的分析機，在分析機的設計過程中，他首次提出把分析機主體分為運算室、存儲室和控制室三部分，并且使用穿孔卡片作為分析機的信息輸入、輸出載體。

691.3馮·諾依曼結構計算機受限于當時零件加工水平，直至1871年去世，巴貝奇沒能完成制作，只留給了后人幾千頁的論文和設計圖稿。701.3馮·諾依曼結構計算機1991年11月29日，根據巴貝奇手稿制作的差分機制作成功。711.3馮·諾依曼結構計算機赫爾曼·霍勒瑞斯發(fā)明穿孔卡片機用于了1890年美國的人口普查，后來他的公司和其它公司合并為InternationalBusinessMachineCorporation721.3馮·諾依曼結構計算機1944年，哈佛大學的霍華德·艾肯把巴貝奇的計算機改成了電子器件式制成了Mark-I型計算機。成為世界上第一臺自動數字計算機。艾肯說“Mark-I把巴貝奇的夢想變?yōu)榱爽F實”731.3馮·諾依曼結構計算機美國普林斯頓大學的數學教授馮·諾依曼，繼承并發(fā)揚了巴貝奇的設計思想，徹底改變了計算機的發(fā)展里程。

741.3馮·諾依曼結構計算機1943年，美國軍方為了測算導彈的彈道，與賓州大學合作制作大型電子計算機“ENIAC”，1945年馮~諾依曼參觀ENIAC的制作現場，指出了ENIAC的設計缺點，沒有存儲器。從此馮諾依曼成為了ENIAC的設計顧問。751.3馮·諾依曼結構計算機1945年6月，馮諾依曼與ENIAC的制作團隊發(fā)表了一篇101頁的報告：1采用二進制進行運算2計算機的五大組成部分“運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備”3計算機運行的基本思想是程序存儲和程序控制。這份文獻奠定了現代計算機的體系結構。761.3馮·諾依曼結構計算機馮氏計算機的計算流程774.從ENIAC到“京’速計算機78ENIAC的誕生計算機發(fā)展的四個時代現代超級計算機的運算速度1.4從ENIAC到”京”速計算機791.4從ENIAC到”京”速計算機1946年，經過三年研制，電子數字積分計算機(ENIAC)誕生于美國賓西法尼亞大學。這是世界上第一臺通用計算機。它的出現，標志著計算機時代的到來801.4從ENIAC到”京”速計算機從1946年至今，電子計算機已經走過了近70年的歷程，從ENIAC每秒5000次加法運算到現在一個手機處理器的運行速度都能達到每秒幾十億次。如果歷數這70年的發(fā)展進程，電子計算機的發(fā)展可以根據其使用的電子器件劃分為四個時代。

811.4從ENIAC到”京”速計算機1電子管時代1946~1956采用真空電子管作為計算機的主要原件沒有通用的操作系統(tǒng)，各機型用不同語言操作821.4從ENIAC到”京”速計算機2晶體管時代1956~1964831.4從ENIAC到”京”速計算機3集成電路時代1964~19701961年：集成電路專利授予羅伯特·諾伊斯

1968年：羅伯特·諾伊斯和朋友戈登·摩爾創(chuàng)立了企業(yè)MooreNoyce，但注冊時發(fā)現被一個連鎖旅店注冊過了，只得改名IntegratedElectronics841.4從ENIAC到”京”速計算機4大規(guī)模集成電路時代1971~11.7億晶體管1971年intel公司制作了第一代微處理器4004。集成了2250個晶體管，功能與ENIAC相匹。標志著大規(guī)模集成電路時代和計算機民用化時代的開始。851.4從ENIAC到”京”速計算機1965年，摩爾準備一個關于計算機存