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第一章计算机发展简史本章主要目标：了解计算机发展的历史、著名的计算机公司、计算机科学家、学术组织、计算机奖项等知识。1.1第一台电子计算机的诞生1.2计算机的发展1.3中国计算机发展简史1.4著名的计算机公司1.5著名的计算机科学家1.6计算机学术组织1.7计算机奖项本章主要内容1.1第一台电子计算机的诞生1.1.1早期的计算工具1.1.2机械式计算机1.1.3电子计算机1.1.1早期的计算工具最初的计算工具：石头：Caculus的意思手指：Digit的意思十进制计数，简单方便，但不能存储结绳法：延长记亿能力最早的人造计算工具：算筹算筹是中国古代使用了约两千多年的计算工具，是极具中国古代劳动人民特色的计算工具商周时代问世，竹、木或骨制的棍子。祖冲之最先用算筹算出圆周率小数点后的第6位，比西方早近一千年。我国汉代的琉璃算筹祖冲之在用算筹运算算盘（abacus,SuanPan）由算筹演变而来，萌芽于汉代，定型于南北朝，元代后期取代算筹。上珠每珠当五，下珠每珠当一，每一档可当作一个数位。口诀：相当于算盘的“软件”。本身还可存储数字，使用起来很方便，中国的算盘一直沿用至今。不同国家算盘的比较中国的算盘日本的算盘俄罗斯的算盘耐普尔骨条：1617年，苏格兰数学家JohnNapier创造。圆形计算尺：1621年英国数学家WilliamOughtred根据对数原理发明，这是最早的模拟计算工具。1.1.2机械式计算机17世纪欧洲出现了齿轮式计算机。计算钟：1623年WilhelmSchickard制作，能进行六位以内加减法，通过铃声输出答案。齿轮式计算器：1642年法数学家BlaisePascal发明，能实现加减法运算，称为Pascaline。1971年NiklausWirth教授将自己发明的一种程序设计语言命名为Pascal语言，以纪念Pascal帕斯卡加法器机械式计算机：1673年德伟大的数学家和思想家Leibnitz建造。能进行四则运算，轰动了欧洲。进行乘法运算时，采用进位-加（shift-add）的方法，后演化为二进制，被现代电子计算机采用。受当时生产条件限制，可靠性差，没有成为商品。逻辑演示器（logicdemonstrator）：1777年英国的查尔斯·马洪发明。袖珍式的简单器械，能解决传统的演绎推理、概率以及逻辑形式的数值问题，被称为计算机决策与逻辑功能的先驱。穿孔卡织布机：1804年法国人约瑟夫·雅各发明不是计算机，但强烈影响了穿孔卡输入输出装置的开发和机械式计算机的出现。商用机械计算机：1820年法国人德·考尔玛改进了莱布尼茨的设计，制成第一个商用机械计算机，并生产了1500台。1862年在伦敦国际博览会上获得奖牌。逻辑代数：1847年英数学家、逻辑学家乔治·布尔创立，1854年出版《布尔代数》（BooleanAlgebra）。两个逻辑值“0”、“1”和三个运算符“与”（and）、“或”（or）、“非”（not）。这种简化的二值逻辑为数字计算机的二进制、开关逻辑元件和逻辑电路的设计铺平了道路。逻辑机：威廉·杰文斯认为布尔代数逻辑是自亚里斯多德以来逻辑学中最伟大的进展于1869年发明一台逻辑机使用四个逻辑字母来进行布尔运算手摇计算器：1872年弗兰克·鲍德温开始建立美国的手摇计算器工业。后由手摇变为电动，1960年之前一直广泛使用。机电式穿孔卡系统—制表机1886，美统计学家赫尔曼•霍勒瑞斯博士，借鉴了雅各的穿孔卡原理，用穿孔卡片存储数据而制成。参与1890年美人口普查，仅用6周时间就得出准确数据（62622250人）。霍勒瑞斯1896年创建制表机公司TMC（TabulatingMachineCompany）1911年TMC与另外两家公司合并，成立CTR公司。1924年CTR公司改名为国际商业机器公司——IBM。自动机械式计算机思想：19世纪初产生许多数学表，如对数表、函数表。但其中的错误非常多。英数学家查尔斯·巴比奇决心研制新的计算工具，用机器取代人工来计算这些数学用表。于1822年开始设计差分机，目标是计算具有20位有效数字、6次多项式的值。新的研制计划是分析机的设计。分析机的重要贡献：包括了现代计算机的5个基本组成部分。输入装置：用穿孔卡片输入数据；输出装置：用穿孔卡片或打印方法输出。存储装置/仓库（store）：能存储1000个50位10进制数，能存储运算数据和运算结果；资料处理装置/磨坊（mill）：完成加、减、乘、除运算，还能根据运算结果的符号改变计算的进程。控制装置：使用指令进行控制，用程序自动改变操作次序第一位程序员：爱达•奥古斯塔•拉夫拉斯伯爵夫人英著名诗人拜伦的女儿，是一位数学家建议用二进制存储取代原设计的十进制存储。程序设计上的开创性工作：发现程序设计（programdesign）和编程(programming)的基本要素，还为某些计算开发了一些指令。1979年5月，美国防部最后将一种通用高级语言命名为Ada，用于纪念爱达。1.1.3电子计算机第一台通用程序控制计算机德国工程师朱斯第一个采用电器元件来制造计算机。1941年，他的Z-3计算机开始运转。机电计算机1936年，美哈佛大学应用数学教授霍华德·艾肯提出用机电的方法，来实现分析机——Mark-I机电计算机。Mark-I只部分采用了继电器在1945-1947年间，艾肯又领导制造成功一台全部使用继电器的计算机Mark-II。第一台电子计算机ENIAC1946年左右，美科学家设计采用电子线路执行算术、逻辑运算并存储信息，速度快，可同时执行几个加法或减法。缺陷：存储容量小，只能存20个字长l0位的十送制数。程序是“外插型”的，即用线路连接的方式来实现的，准备工作耗时过长。延迟线存储器：1944年8月，埃克特提出用延迟线回路作存储器，第一次打开了大量存储信息的大门，对实际形成存储程序概念起了促进作用。约翰·文森特·阿坦那索夫-计算机之父？1973年，在经历了美国联邦法庭关于知识产权案中最长时间的调查之后，真相终于大白，推翻了剽窃者毛克利所有的辩词，判决说：“现代计算机的基本想法是来自约翰·文森特·阿坦那索夫。”1.2计算机的发展1.2.1第一代计算机1.2.2第二代计算机1.2.3第三代计算机1.2.4第四代计算机1.2.5第五代计算机1.2.6计算机的发展趋势1.2.1第一代计算机1946—1958采用电子管代替机械齿轮或电磁继电器作开关元件。仍然笨重，且产生很多热量。易损坏，给空调带来很大负担。用二进制代替十进制，即所有指令与数据都用0、1表示，分别对应于电子器件的“接通”与“断开”，程序设计语言为机器语言。程序可存储，这使通用计算机成为可能。但存储设备还比较落后，最初使用水银延迟线或静电存储管，容量很小。后来使用了磁鼓、磁心，有了很大改进。但仍然不可能有支持操作系统的环境。输入输出装置主要用穿孔卡，速度很慢。1.2.2第二代计算机l959—1964用晶体管代替电子管作开关元件，计算机结构与性能发生了很大变化。体积小、重量轻、发热少、速度快、功能强、价格低、用磁心存储器作主存，磁盘与磁带作辅存，存储容量增大，可靠性提高，为系统软件的发展创造了条件。许多意义深远的特性出现：变址寄存器、浮点数据表示、间接寻址、中断、I／O处理机等程序设计语言大发展：先是汇编语言代替机器语言，接着又出现了高级语言FORTRAN、COBOL。应用范围进—步扩大：除了以批处理方式进行科学计算外，开始进入实时过程控制和数据处理领域。尽可能提高CPU的利用率。输入输出设备也在不断改进，多采用脱机(off-1ine)方式工作。以免浪费CPU的宝贵时间1.2.3第三代计算机1965一1970用集成电路取代晶体管，最初是小规模集成电路，后来是大规模集成电路。体积更小、耗电更省、功能更强、寿命更长。芯片几乎永不失效，缺点是在抗损坏性方面十分脆弱。用半导体存储器淘汰了磁心存储器，存储器也集成化了，它与处理器具有良好的相容性。存储容量大幅度提高，为建立存储体系与存储管理创造了条件。普遍采用微程序设计技术，微指令:同时发出的控制信号所执行的一组微操作。例如：加法指令的执行可分为:取指、计算地址、取操作数、加法运算四步,每一步都由一组微操作实现.这一组能同时执行的微操作就构成一微指令。微程序:一组微指令的集合为确立富有继承性的体系结构发挥了重要作用，为计算机走向系列化、通用化、标准化作出了贡献。系统软件与应用软件都有很大发展。由于用户通过分时系统的交互作用方式来共享计算机资源，因此操作系统在规模和复杂性方面都有很快发展。为了提高软件质量，出现了结构化、模块化程序设计方法。为了满足中小企业与政府机构日益增多的计算机应用，在第三代计算机期间，开始出现了第一代小型计算机,如DEC的PDP-8。1.2.4第四代计算机1971-用微处理器(microprocessor)或超大规模集成电路VLSI（VeryLargeScaleIntegration）取代了普通集成电路。这是具有革命性的变革，出现了影响深远的微处理器冲击。从计算机系统本身来看，四代机是三代机的扩展与延伸存储容量进一步扩大，输入采用了OCR（字符识别）与条形码输出采用了激光打印机光盘的引进新的程序设计语言Pascal、Ada的使用。微型计算机(microcopmputer)异军突起，许多大型机的技术垂直下移进入微机领域，使计算机世界出现一派生机勃勃的景象．数据通信、计算机网络、分布式处理有了很大的发展，计算机技术与通信技术相结合正改变着世界的技术经济面貌。Internet、广域网(WAN)、城域网(CAN)和局域网(LAN)正把世界各地紧密地联系在一起。在并行处理与多处理领域正积累着重要的经验，为未来的技术突破创造着条件。如图象处理领域、人工智能与机器人领域、函数编程领域、超级计算领域。第一代到第四代的电脑元件比较項目代別年代電子元件電子元件的大小速度比較第一代1950～1959电子管大拇指毫秒(103秒)第二代1959～1965晶体管铅笔的橡皮头微秒(106秒)第三代1965～1975集成電路0.5mm铅笔心10毫微秒(108秒)第四代1975～超大规模集成电路(VLSI)比针尖小毫微秒(109秒)VacuumtubestransistorIC(IntegratedCircuit)VLSI1.2.5第五代计算机日本的FGCS(FifthGenerationComputerSystem)（1982-1992）美国的MCC(MicroelectronicandComputerTechnologyCorporation)日本的FGCS又称智能计算机，主要组成部分：知识库(KB：KnowledgeBank)、知识库计算机(KBM：KnowledgeBankMachine)和知识库管理系统(KBMS：KnowledgeBankManagementSystem)。问题求解和推理机。智能接口系统。应用系统。目标：用自然语言、图形、图像和文件进行输入输出。用自然语言进行对话方式的信息处理，为非专业人员使用计算机提供方便。能处理和保存知识，以供使用；配备各种知识数据库，起顾问作用。能够自学习和推理，帮助人类扩展自己的才能。美国的MCC：1982组建MCC公司成立4个研究部：软件技术、VLSI/CAD、组装与互连、高级计算机体系结构。MCC的高级计算机体系结构研究部是最有特色的一个部门，下设5个实验室：核心科学实验室AI实验室HI(HumanInterface)实验室ST(SystemTechnology)实验室实验系统成套工具（ExperimentalSystemKit）1.2.6计算机的发展趋势微型化和巨型化体积越来越小的笔记本电脑和掌上电脑。功能越来