1、計(jì)算機(jī)的前世今生,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 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(jiǎn)史,人類和猿最重要的區(qū)別就是發(fā)明、制造和使用工具 Necessity is the Mother of Invention Josh Billings,1.1 計(jì)算機(jī)的史前史,手動(dòng)式計(jì)算工具 中國(guó) 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,1.1 計(jì)算機(jī)的史前史 (cont.),手動(dòng)式計(jì)算工具 外國(guó) 石子：拉丁文中“Calc

2、ulus”的原意是用于計(jì)算的小石子。 Napier算籌：英國(guó)人發(fā)明 對(duì)數(shù)計(jì)算尺：英國(guó)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,Napier算籌示例：計(jì)算 25 8,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(jiǎn)單運(yùn)算。,1.1 計(jì)算機(jī)的史前史 (cont.),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(guó)人發(fā)明。 萊布尼茨四則運(yùn)算器：德國(guó)人發(fā)明。 穿孔卡片和雅各織布機(jī)：法國(guó)人發(fā)明,1642年,1673年,1804年,插播：布萊士.帕斯卡,Blaise Pascal ，16231662， 法

3、國(guó)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,插播2： 萊布尼茨,戈特弗里德威廉萊布尼茨 （Gottfried Wilhelm Leibniz，1646年1716年） 德國(guó)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

4、早研究中國(guó)文化和中國(guó)哲學(xué)的德國(guó)人 萊布尼茨四則運(yùn)算器 符號(hào)大師： 積分、微分符號(hào)、商“a/b”、 比“a:b”、相似“”, 全等“”、函數(shù)、行列式等符號(hào)。,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(guó)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(guó)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,歷史上第一位程序員 奧古斯塔愛達(dá)拜倫（Augusta Ada Byron） 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

5、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(guó)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.),制表機(jī)：美國(guó)人發(fā)明。 參與了美國(guó)1890年的人口普查。 第一臺(tái)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),Z-1計(jì)算機(jī)：德國(guó)人發(fā)明。 先后研制出Z-2、Z-3、Z-4。 第一臺(tái)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

6、古代史-機(jī)電式計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)之父-圖靈（Alan Turing） 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(tái)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),ABC：美國(guó)人約翰.阿塔納索夫發(fā)明 Atanasoff-Berry Computer 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

7、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),ENIAC：美國(guó)人發(fā)明。 Electronic Numerical Integrator And Computer 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18 000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,馮諾依曼(Von Neumann) 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

8、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),1.4計(jì)算工具的發(fā)展簡(jiǎn)表,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(Vacuum Tubes)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。,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(jí)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(jí)計(jì)算機(jī),1.5 計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代史

9、,第三代計(jì)算機(jī)（1965-1970） 用集成電路(Integrated Circuits)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)。,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(shí)別和條形碼等技術(shù)。 高級(jí)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。 互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用。 巨型計(jì)算機(jī)也得到快速發(fā)展。,2、計(jì)算機(jī)的組成及原理,計(jì)算機(jī)里有什么？,2、計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),2.1

10、 存儲(chǔ)器,觸摸,聲音,傳感,姿勢(shì),越來越自然,2.2 輸入設(shè)備,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,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(zhǎng)工。,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(tái)，軟件唱戲,2.6 人類與計(jì)算機(jī)的溝通語言,2.7 摩爾定律,Intel創(chuàng)始人之一Gordon Moore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。,3、計(jì)算機(jī)的種類,超