《計算機(jī)發(fā)展史》課件

計算機(jī)發(fā)展史從早期機(jī)械計算器到現(xiàn)代的超級計算機(jī)，計算機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了巨大的發(fā)展。從簡單的算術(shù)運(yùn)算到處理復(fù)雜的信息，計算機(jī)改變了我們的生活。作者：計算機(jī)發(fā)展概述11.從機(jī)械到電子從早期的手動機(jī)械計算器，到現(xiàn)代的電子計算機(jī)，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程。22.從專用到通用計算機(jī)從最初的專用計算工具，發(fā)展成為通用計算平臺，可以處理各種任務(wù)。33.從大型機(jī)到微型機(jī)計算機(jī)的體積和成本大幅下降，個人電腦和移動設(shè)備的普及率不斷提升。44.從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的興起，使得計算機(jī)連接成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息的共享和互動。計算機(jī)早期歷史1算盤公元前2000年，中國發(fā)明算盤，世界上最早的計算工具。2納皮爾的算籌1617年，蘇格蘭數(shù)學(xué)家納皮爾發(fā)明算籌，簡化乘法運(yùn)算。3帕斯卡計算器1642年，法國數(shù)學(xué)家帕斯卡發(fā)明機(jī)械式加減計算器。4萊布尼茨計算器1673年，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨發(fā)明了可以進(jìn)行乘除運(yùn)算的計算器。這些早期計算工具奠定了計算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，為后來的電子計算機(jī)的誕生鋪平了道路。巴貝奇的分析引擎查爾斯·巴貝奇是英國數(shù)學(xué)家和機(jī)械工程師。他設(shè)想并設(shè)計了分析引擎，這是第一臺通用機(jī)械計算機(jī)，被認(rèn)為是現(xiàn)代計算機(jī)的先驅(qū)。分析引擎是一個復(fù)雜的機(jī)械裝置，旨在執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯操作。它包含了中央處理器、存儲器和輸入/輸出設(shè)備，與現(xiàn)代計算機(jī)的結(jié)構(gòu)非常相似。龐大的機(jī)電計算機(jī)20世紀(jì)40年代，美國哈佛大學(xué)研制成功了世界上第一臺大型機(jī)電計算機(jī)MarkI。它由大量繼電器、齒輪和軸組成，體積龐大，占地1500平方英尺。MarkI可以執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、三角函數(shù)計算和表格生成等任務(wù)，但運(yùn)行速度緩慢，編程困難，維護(hù)成本高。第一臺電子計算機(jī)ENIAC龐大而復(fù)雜ENIAC占地167平方米，重達(dá)30噸，由18,000個真空管、70,000個電阻器、10,000個電容器和1,500個繼電器組成。用于彈道計算ENIAC主要用于計算彈道軌跡，為二戰(zhàn)期間的美國軍隊提供精確的炮彈射擊數(shù)據(jù)。女性程序員ENIAC的程序員大部分是女性，她們負(fù)責(zé)編寫復(fù)雜的程序，用以控制計算機(jī)的運(yùn)行。儲存程序概念的誕生馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)將指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在內(nèi)存中，并通過程序計數(shù)器（PC）控制指令的執(zhí)行順序。程序的自動執(zhí)行通過讀取和執(zhí)行預(yù)先存儲在內(nèi)存中的指令，計算機(jī)可以自動完成任務(wù)，無需人工干預(yù)。通用計算能力儲存程序概念使得計算機(jī)能夠執(zhí)行各種不同的程序，成為通用計算設(shè)備，而非特定用途的機(jī)器。第一臺可編程電子計算機(jī)曼徹斯特馬克1號計算機(jī)，也稱作“小巨人”，是世界上第一臺可編程電子計算機(jī)。1948年，曼徹斯特大學(xué)研制成功。馬克1號計算機(jī)使用威廉姆斯管存儲器，并采用馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，能夠執(zhí)行指令序列，標(biāo)志著現(xiàn)代計算機(jī)的正式誕生。晶體管的發(fā)明1947年貝爾實驗室的威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓成功研制出世界上第一個晶體管晶體管用半導(dǎo)體材料制成的電子元件，可以放大和開關(guān)電子信號應(yīng)用取代笨重且耗能的真空管，使計算機(jī)體積大幅縮小，性能大幅提升集成電路的出現(xiàn)集成電路的出現(xiàn)是計算機(jī)發(fā)展史上的一個里程碑。它將多個晶體管和電阻器等電子元件集成到一塊硅片上，極大地提高了計算機(jī)的性能和可靠性，降低了成本。19581958杰克·基爾比發(fā)明了第一塊集成電路。19591959羅伯特·諾伊斯發(fā)明了平面工藝集成電路。1960s1960s集成電路的應(yīng)用開始普及。微處理器時代的開啟集成電路的突破集成電路技術(shù)的出現(xiàn)，將多個晶體管集成到一塊硅片上，極大地提高了計算機(jī)的性能和效率。微處理器的誕生1971年，英特爾公司推出了世界上第一款微處理器——Intel4004，標(biāo)志著微處理器時代的到來。個人電腦的雛形微處理器的出現(xiàn)為個人電腦的誕生奠定了基礎(chǔ)，它極大地降低了計算機(jī)的成本和體積。技術(shù)的飛躍微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，使得計算機(jī)的運(yùn)算速度、存儲容量和功能都得到了顯著提升。個人電腦的興起蘋果II1977年，蘋果II電腦問世，標(biāo)志著個人電腦時代的正式開啟。蘋果II擁有圖形界面、游戲和辦公軟件，推動了個人電腦的普及。IBMPC1981年，IBM發(fā)布了IBMPC，它采用開放式架構(gòu)，吸引了大量第三方廠商。IBMPC成為個人電腦的標(biāo)準(zhǔn)，為后來Windows操作系統(tǒng)的誕生奠定了基礎(chǔ)。圖形用戶界面的發(fā)展圖形用戶界面（GUI）徹底改變了人機(jī)交互方式。它將復(fù)雜命令行界面轉(zhuǎn)換為直觀的圖形化操作，簡化了計算機(jī)使用。XeroxPARC在1970年代初期開發(fā)了第一個現(xiàn)代GUI，為AppleMacintosh和MicrosoftWindows等操作系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。鼠標(biāo)、圖標(biāo)、菜單和窗口等元素，使計算機(jī)操作更加直觀，促進(jìn)了個人電腦的普及，極大地改變了人們的生活和工作方式?；ヂ?lián)網(wǎng)的誕生1ARPANET美國國防部高級研究計劃局網(wǎng)絡(luò)2TCP/IP協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族3萬維網(wǎng)全球信息共享平臺互聯(lián)網(wǎng)的誕生可以追溯到20世紀(jì)60年代末的美國。美國國防部高級研究計劃局（ARPA）為了建立一個能夠在核戰(zhàn)爭中仍然保持通信的網(wǎng)絡(luò)，于1969年啟動了ARPANET項目。1983年，TCP/IP協(xié)議成為互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)正式進(jìn)入發(fā)展階段。1989年，萬維網(wǎng)的發(fā)明使互聯(lián)網(wǎng)成為一個全球性的信息共享平臺，極大地改變了人們的生活和工作方式。萬維網(wǎng)的出現(xiàn)1萬維網(wǎng)誕生1989年，蒂姆·伯納斯·李在歐洲核子研究組織（CERN）提出了萬維網(wǎng)的概念，并在1991年成功發(fā)布了第一個網(wǎng)頁瀏覽器和服務(wù)器。2HTML和URL萬維網(wǎng)使用超文本標(biāo)記語言（HTML）來創(chuàng)建網(wǎng)頁，并通過統(tǒng)一資源定位器（URL）來訪問這些網(wǎng)頁。3互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展加速萬維網(wǎng)的出現(xiàn)推動了互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人們可以輕松地共享信息，并通過互聯(lián)網(wǎng)訪問各種資源。移動互聯(lián)網(wǎng)時代智能手機(jī)的普及推動了移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，為人們帶來了全新的生活方式。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步為移動互聯(lián)網(wǎng)提供了可靠的連接，讓信息傳播更加便捷。社交媒體平臺的興起，改變了人們的社交方式，促進(jìn)了信息分享和互動。移動應(yīng)用程序的爆發(fā)式增長，為人們提供了各種各樣的服務(wù)，滿足了多元化的需求。人工智能的發(fā)展歷程1早期萌芽20世紀(jì)50年代，人工智能的概念首次出現(xiàn)，主要關(guān)注符號推理和邏輯問題解決。2知識工程時代20世紀(jì)70年代，專家系統(tǒng)興起，試圖將人類專家的知識融入計算機(jī)系統(tǒng)。3機(jī)器學(xué)習(xí)時代20世紀(jì)80年代，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)取得突破，計算機(jī)開始從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)模式和規(guī)律。4深度學(xué)習(xí)時代21世紀(jì)初，深度學(xué)習(xí)技術(shù)迅速發(fā)展，引發(fā)人工智能的新浪潮，在圖像識別、語音識別等領(lǐng)域取得顯著成果。5未來展望人工智能正在不斷演進(jìn)，未來將更加智能化、個性化、融合化，改變?nèi)祟惿畹姆椒矫婷?。大?shù)據(jù)時代的到來大數(shù)據(jù)時代是指信息爆炸的時代，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)類型多樣，數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度快。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠幫助我們從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，并應(yīng)用于各個領(lǐng)域，例如商業(yè)、醫(yī)療、金融等，從而推動社會發(fā)展。區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用數(shù)字貨幣區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字貨幣領(lǐng)域的應(yīng)用最廣，比特幣就是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的典型案例。供應(yīng)鏈管理區(qū)塊鏈可以提高供應(yīng)鏈的透明度和安全性，追蹤產(chǎn)品來源，降低成本。醫(yī)療保健區(qū)塊鏈可用于安全地存儲和共享醫(yī)療記錄，保護(hù)患者隱私，提高醫(yī)療效率。投票系統(tǒng)區(qū)塊鏈可用于構(gòu)建安全的投票系統(tǒng)，確保投票的透明性和公正性，防止作弊。云計算與物聯(lián)網(wǎng)云計算云計算提供數(shù)據(jù)存儲、處理和應(yīng)用服務(wù)，賦予物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)連接各種智能設(shè)備，收集大量實時數(shù)據(jù)，為云計算提供豐富的信息來源。融合發(fā)展云計算與物聯(lián)網(wǎng)相輔相成，共同推動智慧城市、智能制造等領(lǐng)域的發(fā)展。計算機(jī)硬件的發(fā)展1機(jī)械時代機(jī)械計算器、穿孔卡片2電子管時代ENIAC、EDVAC3晶體管時代小型化、性能提升4集成電路時代微型化、功能集成計算機(jī)硬件發(fā)展經(jīng)歷多個時代，從機(jī)械計算器到集成電路，不斷提升性能、縮減體積。計算機(jī)軟件的演進(jìn)1人工智能軟件機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)2圖形用戶界面桌面應(yīng)用程序、移動應(yīng)用3命令行界面操作系統(tǒng)、系統(tǒng)工具4機(jī)器語言早期程序、匯編語言計算機(jī)軟件經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從低級到高級的演進(jìn)過程，伴隨著硬件的發(fā)展，軟件的功能和復(fù)雜度也不斷提升。從早期機(jī)器語言到如今的人工智能軟件，計算機(jī)軟件在不斷地適應(yīng)和推動著科技的進(jìn)步。編程語言的演變機(jī)器語言機(jī)器語言是計算機(jī)直接理解的指令集，由0和1組成，難以編寫和維護(hù)。匯編語言匯編語言使用助記符代替機(jī)器指令，更易讀寫，但仍與特定硬件架構(gòu)相關(guān)。高級語言高級語言更加抽象，接近自然語言，易于理解和使用，可移植到不同平臺。操作系統(tǒng)的變遷批處理操作系統(tǒng)早期操作系統(tǒng)，一次運(yùn)行一個程序，效率低，無法及時響應(yīng)用戶請求。分時操作系統(tǒng)多個用戶共享CPU資源，時間片輪流執(zhí)行程序，提升效率，支持交互式操作。實時操作系統(tǒng)對時間要求嚴(yán)格，能夠及時響應(yīng)事件，應(yīng)用于工業(yè)控制和嵌入式系統(tǒng)。圖形用戶界面操作系統(tǒng)以圖形方式交互，用戶友好，如Windows和macOS，方便用戶操作和管理計算機(jī)。計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)一直處于不斷發(fā)展中，從早期的馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)到現(xiàn)在的多核處理器、并行計算，每一次創(chuàng)新都推動著計算機(jī)性能的飛躍?，F(xiàn)代計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，例如多級緩存、流水線技術(shù)和并行計算，使得計算機(jī)可以更有效地處理大量數(shù)據(jù)并執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)算。每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)（GFLOPS）每瓦特性能（GFLOPS/瓦特）過去幾十年，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新顯著提升了計算機(jī)性能。從每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)來看，計算機(jī)的性能提升了幾個數(shù)量級。同時，計算機(jī)的能效也得到了大幅提高，每瓦特性能顯著增長。存儲技術(shù)的進(jìn)步計算機(jī)存儲技術(shù)經(jīng)歷了從磁帶、磁盤到閃存的演變，存儲容量不斷提升。1KKB早期計算機(jī)使用打孔卡和磁帶進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，容量很小。100GB硬盤20世紀(jì)70年代，硬盤出現(xiàn)，提供更高容量和速度。1TB閃存21世紀(jì)初，閃存技術(shù)崛起，小型化、便攜式存儲設(shè)備興起。100TB云存儲云存儲服務(wù)提供無限容量，按需付費(fèi)模式。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的革新從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)早期的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要局限于小型局域網(wǎng)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開始向全球范圍擴(kuò)展?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議的演進(jìn)從最初的TCP/IP協(xié)議到如今的IPv6協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議不斷升級，提升網(wǎng)絡(luò)效率和容量。無線網(wǎng)絡(luò)的普及移動設(shè)備和無線網(wǎng)絡(luò)的興起，使得計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不再局限于有線連接，隨時隨地接入網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實。云計算與物聯(lián)網(wǎng)云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，推動了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式的變革，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用則進(jìn)一步擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的范圍。計算機(jī)安全的重要性保護(hù)數(shù)據(jù)安全保護(hù)個人信息、商業(yè)機(jī)密等重要數(shù)據(jù)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問、使用或修改。維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定防止惡意軟件、病毒和攻擊，確保計算機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免崩潰或數(shù)據(jù)丟失。保障網(wǎng)絡(luò)安全抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊，例如黑客攻擊、拒絕服務(wù)攻擊等，確保網(wǎng)絡(luò)資源和服務(wù)的安全可靠。計算機(jī)倫理與法規(guī)負(fù)責(zé)任使用合理使用技術(shù)，保護(hù)個人隱私和數(shù)據(jù)安全。法規(guī)與規(guī)范遵守相關(guān)法律法規(guī)，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，防止網(wǎng)絡(luò)犯罪。公平與公正促進(jìn)信息平等，維護(hù)社會秩序，倡導(dǎo)負(fù)責(zé)任的科技創(chuàng)新。計算機(jī)技術(shù)的未來展望量子計算量子計算將帶來前所未有的計算能力，解決目前無法解決的問題。量子計算機(jī)將加速藥物研發(fā)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展。人工智能的普及人工智能將更深入地融入生活，帶來更多智能化應(yīng)用。從智能家居到智慧醫(yī)療，人工智能將改變我們的生活方