1计算机的史前史

第1章认识计算机1.1计算机的史前史——计算工具的发展简史人类和猿最重要的区别就是发明、制造和使用工具手动式计算工具——结绳记事●中国古书中记载的“上古结绳而治”；●拉丁文中“Calculus”的原意是用于计算的小石子。●计算工具：手指，采用十进制。●绳子、石子的用途：延长手指的计算能力和存储能力。远古时代古巴比伦人采用60进制，玛雅人采用20进制。手动式计算工具——算筹●算筹：第一个人造计算工具。●我国古代劳动人民最先创造和使用了这种简单的计算工具。●南北朝时期，祖冲之用算筹作为计算工具将圆周率精确到3.1415926和3.1415927之间。春秋时期手动式计算工具——算筹示例：计算206+15＋个位向十位产生进位阿拉伯数字是由古印度人民发明的，12世纪由阿拉伯人传入欧洲。祖冲之如何用算筹计算圆周率？人类为什么要发明计算工具？记数计算应用、需求驱动计算工具的发展手动式计算工具——算盘●算盘：计算工具发展史上第一次重大改革。●我国古代劳动人民创造的。●在英语中，算盘有两种拼法：abacus和Suan-Pan。●算盘由算筹演变而来，并且和算筹并存竞争了一个时期，终于在元代后期取代了算筹。元代后期手动式计算工具——纳皮尔算筹●Napier算筹：英国人发明。●用加法操作来实现乘法操作。1617年……手动式计算工具——纳皮尔算筹示例：计算25×825×840＋16200从Napier算筹可以得到什么启示？将复杂运算转换为简单运算。手动式计算工具——计算尺●数学原理：根据对数原理，在两个圆盘的边缘标注对数刻度，然后让它们相对转动，基于对数原理用加减法来实现乘除运算。●18世纪末，瓦特在尺座上添置了一个滑标。1621年●对数计算尺：英国人发明。手动式计算工具（小结）●中国：结绳记事算筹算盘●英国：Napier算筹计算尺●计算工具：手指算筹●运算：加减运算乘除运算乘方、开方、三角函数●手动式计算工具的特征：手动算盘计算尺机械式计算工具机械：利用力学原理组成的各种装置，如杠杆、滑轮以及枪炮等（新华字典）。滑轮机械式计算工具——帕斯卡加法器●帕斯卡加法器：法国人发明。●背景：钟表技术、齿轮技术。●帕斯卡加法器由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮来实现加减运算、用连杆实现进位。1642年启示：可以用机械工具来模拟人的思维活动。机械式计算工具——莱布尼茨四则运算器●莱布尼茨四则运算器：德国人发明。●工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。●乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。1673年机械的含义？需要手动上发条，然后就可以机械地实现计算——手动机械。机械式计算工具——莱布尼茨四则运算器●莱布尼茨四则运算器：德国人发明。●工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。●乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。1673年手动上发条相当于现代计算机的什么操作？输入操作，如果找不到输入信息的机械方法，那么就不是真正意义上的机械式计算工具。●穿孔卡片：法国人发明。●JosephJacquard（雅各）发明了可编程织布机，通过读取穿孔卡片上的编码信息来自动控制织布机的编织图案。机械式计算工具——雅各织布机1804年●本质上是一种输入设备。●20世纪70年代还在普遍使用。机械式计算工具——雅各织布机0101001000110100011001011822年机械式计算工具——差分机●差分机：英国人（巴贝奇）发明。●背景：英国工业革命，航海和天文计算。●差分机原理：任何连续函数都可以用多项式严格地逼近，例如：!7!5!3)sin(753xxxxx1822年机械式计算工具——差分机●差分机：英国人（巴贝奇）发明。●背景：英国工业革命，航海和天文计算。●采用寄存器（齿轮式装置）来存储数据使计算工具从手动机械跃入自动机械。难点和关键是什么？不仅输入信息需要机械化，而且操作信息也要机械化。机械式计算工具——分析机●分析机：英国人（巴贝奇）发明。●背景：瓦特发明了蒸气机。●以齿轮为元件、以蒸汽为动力。虽然没有实现，但意义重大，采用了具有现代意义的装置：（1）存储装置（2）运算装置（3）控制装置（4）输入和输出装置1832年●英国著名诗人拜伦的独生女爱达•奥古斯塔为分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。●历史上第一位程序员。●爱达和巴贝奇为计算机的发展创造了不朽的功勋，他们对计算机的预见超前了一个多世纪，正是他们的辛勤努力，为后来计算机的出现奠定了坚实的基础。机械式计算工具——分析机爱达机电式计算机机电：机械和电子设备的总称（新华字典）。机电式计算机——制表机●制表机：美国人发明。●背景：机电技术、美国人口普查，参与了美国1890年的人口普查工作。●第一台可以自动进行加减乘除运算、累计存档、制作报表的机电式计算工具。●输入、输出、存储均用穿孔卡片。●人类历史上第一次利用计算工具进行大规模数据的自动处理。1886年●Z-1计算机：德国人发明。●先后研制出Z-2、Z-3、Z-4。●第一台采用二进制和继电器的通用程序计算机。二进制、浮点记数法、带存储地址的指令等思想已经有人提出，但朱斯第一次将这些思想具体实现。机电式计算机——Z系列1938年启示：站在巨人的肩膀上，怎么才能站上去呢？——多读书，读好书●1941年，朱斯向德国政府申请基金用来建造计算机，用于破译敌人的密码，德国政府没有批准。●与此同时，英国政府秘密组建一个由科学家和工程师组成的绝密小组，1943年，图灵等人研制成功Colossus（巨人计算机），使得英国军方能够窃取并破译德国的军事情报。机电式计算机——巨人计算机1943年机电式计算机——MARK-I●MARK-I：美国人发明，1944年研制成功。●哈佛大学数学教授霍华德·艾肯在读过巴贝奇和爱达的笔记后，被巴贝奇的远见卓识所震惊，提出用机电的方法，而不是纯机械的方法来实现分析机。1936年电子计算机——ABC●ABC计算机：美国人约翰.阿塔纳索夫发明。●第一次提出采用电子技术来提高计算机的运算速度。1939年电子计算机——ENIAC莫克利埃克特1943年●ENIAC：美国人发明。●背景：军械部为计算弹道和射击表启动的计划，宾夕法尼亚大学。电子计算机——ENIAC1946年●ENIAC：美国人发明。●背景：军械部为计算弹道和射击表启动的计划，宾夕法尼亚大学。●1946年宣告竣工。●使用18000个电子管，占地167平方米，重达30吨。●每秒5000次加法，300次乘法。●第一台真正运转的电子计算机，开启了电子计算机的序幕。手动式计算工具20世纪60年代计算工具的发展简史（时间表）机械式计算工具1642年1886年机电式计算机20世纪30年代电子计算机元代1300年算盘远古1832年分析机计算器