大學(xué)計算機-計算思維視角 課件 1.1 計算機的誕生

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

計算工具的產(chǎn)生源于對計算的需求，自古以來，人類就在不斷地發(fā)明和改進計算工具，計算工具經(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。計算工具的演變結(jié)繩記事算籌手動式計算工具算籌的擺法計算工具的演變算盤加法口訣計算工具的演變硬件體系化算法機械式計算工具

1642年，年僅19歲的法國物理學(xué)家布萊士.帕斯卡（BlaisePascal,1623-1662）制造出第一臺機械式計算器“加法器”。這臺計算機器是手搖的，也稱為“手搖計算機器”，只能計算加法和減法。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械過程沒有差別，因此可以設(shè)想用機械來模擬人的思維活動。加法器計算工具的演變

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

1819年，英國著名數(shù)學(xué)家、發(fā)明家查爾斯·巴貝奇（CharlesBabbage1791-1871）從提花紡織機上獲得靈感，設(shè)計了差分機，并于1822年制造出差分機模型。所謂“差分”，就是把函數(shù)表的復(fù)雜算式轉(zhuǎn)化為差分運算，用簡單的加法代替平方運算。差分機是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。差分機計算工具的演變計算工具的演變機電式計算機隨著電力技術(shù)的發(fā)展，電動式計算機逐步取代了以人工為動力的計算機。1880年，為了完成美國人口普查的需求，德裔美籍統(tǒng)計學(xué)家赫爾曼·何樂禮（HermanHollerith，1860－1929）發(fā)明了穿孔制表機，僅用3年就完成了需人工統(tǒng)計要10年才能完成的人口普查，制表機的發(fā)明第一次把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制進行處理，這種方法一直沿用到至今。何樂禮在1896年成立了制表機器公司，后來成為IBM的前身。何樂禮和制表機計算工具的演變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30年代后期，許多研究者將目光投向制造電子管計算機這一領(lǐng)域。計算工具的演變

1944年，英國為了破譯德國人的密碼，研制了“巨人”電子數(shù)字計算機，在“巨人”機研制前，英國破譯德軍的密碼需要6至8個星期，而使用“巨人”機后僅需6至8小時。出于戰(zhàn)爭的需要，英國將“巨人”計算機視為“國家機密”，并在戰(zhàn)爭后進行了秘密銷毀。第一臺計算機的誕生20世紀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算的“電子數(shù)值積分和計算機”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator簡稱ENIAC）。工作中的ENIAC第一臺計算機的誕生兩位發(fā)明人莫利奇和艾克特ENIAC使用的電子管第一臺計算機的誕生占地面積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次乘法運算ENIAC和女程序員第一臺計算機的誕生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)戈爾再次啟動了這臺計算機，以紀念信息時代的到來。第一臺計算機郵票第一臺計算機的誕生ENIAC不完善之處：1、存儲器容量小，至多存儲20個10位十進制數(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)來進行外部編程，每次解題都要靠人工改線，準備時間過長，降低了總體運行效率。第一臺計算機的誕生計算機的體系結(jié)構(gòu)是馮·諾依曼模型體系結(jié)構(gòu)。計算機的計算模型是基于圖靈機模型。馮·諾依曼馮?諾依曼與ENICA馮·諾依曼（JohnvonNeumann，1903~1957），原籍匈牙利，布達佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士。20世紀最重要的數(shù)學(xué)家之一，在現(xiàn)代計算機、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算機EDVAC(ElectronicDiscreteVariable

AutomaticComputer）電子數(shù)值積分和計算機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，每次使用計算機來完成一項新的任務(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“存儲程序”的計算機方案：計算機基本工作原理是存儲程序和程序控制，自動執(zhí)行。計算機使用二進制。計算機由五個部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

以運算器為中心，控制器負責解釋指令，運算器負責執(zhí)行指令?，F(xiàn)代幾乎所有的計算機都是馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，被稱為“現(xiàn)代計算機之父”。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“計算機科學(xué)之父”，“人工智能之父”。1931年圖靈進入劍橋大學(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)計算在決斷難題中的應(yīng)用》一文，提出了理想計算機的數(shù)學(xué)模型----圖靈機（TuringMachine）。圖靈圖靈機是指一個抽象的機器，通過某種一般的機械步驟，原則上能一個接一個地解決所有的數(shù)學(xué)問題。圖靈把人在計算時所做的工作分解成簡單的動作，把人的工作機械化，并用形式化方法成功地表述了計算這一過程的本質(zhì)。圖靈機反映的是一種具有可行性的用數(shù)學(xué)方法精確定義的計算模型，而現(xiàn)代計算機正是這種模型的具體實現(xiàn)。圖靈為了紀念圖靈對計算機科學(xué)的巨大貢獻，由美國計算機協(xié)會（ACM）于1966年設(shè)立一年一度的圖靈獎，以表彰在計算機科學(xué)中做出突出貢獻的人，圖靈獎被喻為“計算機界的諾貝爾獎”。圖靈獎獎杯圖靈人工智能之父：1950年他發(fā)表論文《計算機器與智能》（ComputingMachineryandIntelligence），為后來的人工智能科學(xué)提供