计算机发展史

0计算机发展史与未来计算机前言电子数字计算机是20世纪人类最伟大发明之一。短短的几十年，这台机器以迅猛磅礴之势，用非凡的渗透力和亲和力，彻底改变了我们这个星球的模样，融进每个人的工作、学习和生活之中，已在世界范围内形成了一种新的文化，构造了一种崭新的文明。思考问题1计算机由那几部份组成？为什么？大约在新石器时代早期，先民使用的“计算机”是结绳，即用绳子打结的多少来表示数的概念。英语里“Calculus”（计算）一词来源于拉丁语，既有“算法”的含义，也有肾脏或胆囊里的“结石”的意思。计算机的历史可以追溯到我们祖先用石头或手指帮助计数的远古时代。人类最早的“计算机”是手指，“Digit”既表示“手指”又表示“整数数字”。计算机发展史-计算的手工时代珠算盘是中国古代在计算工具领域的另一项发明，直到今天，它仍然是许多人钟爱的“计算机”。“运筹策于帷幄之中，决胜于千里之外。”,人类最早有实物作证的计算工具诞生在中国。祖冲之借助算筹，成功地将圆周率π值计算到小数点后的第7位。17世纪最值得称颂的计算机发明当然属于法国科学家布莱斯·帕斯卡，帕斯卡为了帮助父亲计算税款制造了加法器，它第一次确立了计算机器的概念。计算机发展史-计算的机械时代布莱斯·帕斯卡法国数学家、物理学家、思想家保存在巴黎国立工艺博物馆的帕斯卡加法机，1642年发明：计算机发展史-计算的机械时代德国伟大的数学家、因独立发明微积分而与牛顿齐名莱布尼茨，受加法器的启发，在1674年造出一台更完善的机械计算机——“乘法器”。莱布尼茨对计算机的贡献不仅在于乘法器，公元1700年左右，莱布尼茨中国“易图”（八卦）里受到启发，最终悟出了二进制数之真谛。戈特费里德·莱布尼兹德国数学家、微积分独立发明人1674年，莱布尼茨发明乘法机无论是契克卡德、帕斯卡，还是莱布尼茨，他们发明的机器都缺乏程序控制的功能。工业社会首次大规模应用程序控制的机器不是计算机，而是纺织行业中的提花编织机，然而，它对计算机程序设计的思想产生过巨大的影响力。计算机发展史-计算的机械时代布乔的穿孔卡片思想在杰卡德的自动编织机上实现——程序控制思想的萌芽18世纪末，法国数学界调集大批数学家，组成了人工手算的流水线，经过长期艰苦奋斗，终于完成了17卷《数学用表》的编制，但是，手工计算出的数据出现了大量错误。这件事情强烈刺激了巴贝奇制作了差分机。计算机发展史-计算的机械时代现代计算机奠基人——英国剑桥大学教授查尔斯·巴贝奇1822年，差分机伦敦科学博物馆的复制品不幸的是，分析机的硬件问题一直没有解决，原因是19世纪的技术条件无法制造出分析机所需要的成千上万个高精度的齿轮。计算机发展史-计算的机械时代后人根据巴贝奇图纸制造的“分析机”世界上第一位程序员奥古斯塔·艾达·拜伦计算机发展史-从机械到电子的进程美国著名统计专家赫尔曼·霍列瑞斯霍列瑞斯发明的自动制表机1890年，美国人口普查部门希望能得到一台机器帮助提高普查效率。Hollerith借鉴Babbage的发明，用穿孔卡片存储数据，设计了TabulatingMachine，仅用6周就得出了准确的人口统计数据(人工方法要花10年以上时间)计算机发展史-从机械到电子的进程电子文明的曙光——电子二极管、三极管1904年，英国青年工程师约翰·弗莱明发明真空二极管1906年，美国人李·德·福雷斯特发明能起放大作用的真空三极管。计算机发展史-电子数字计算机的诞生电子管诞生为通讯、广播、电视等技术的发展铺平了道路。可是，真空三极管不仅具有放大功能，还可充当开关器件，其速度要比继电器快成千上万倍。计算机的历史也由此跨进电子的纪元。1946年，举世公认的第一台电子数字计算机ENIAC，诞生在战火纷飞的二次世界大战，它的“出生地”是美国马里兰州阿贝丁陆军试炮场。二次世界大战关键时期，战争需要像一只有力的巨手，给电脑的诞生铺平了道路。计算机发展史-电子数字计算机的诞生1946年2月14日，世界上第一台电子计算机研制成功。这台机器的名字叫“ENIAC”（埃尼阿克），即“电子数值积分和计算机”的英文缩写。在ENIAC内部，总共安装了17468只电子管，7200个二极管，70000多电阻器，10000多只电容器和6000只继电器，电路的焊接点多达50万个；机器被安装在一排2.75米高的金属柜里，占地面积为170平方米左右，总重量达到30吨。它的耗电量超过174千瓦；电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只。ENIAC的运算速度达到每秒钟5000次加法，可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法，其运算速度超出MarkⅠ至少1000倍。一条炮弹的轨迹，20秒钟就能被它算完。ENIAC标志着电子计算机的创世，人类社会从此大步迈进了电脑时代的门槛。计算机发展史-晶体管计算机1947年12月23日，美国科学家巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士，在导体电路中进行用半导体晶体把声音信号放大的实验时，发明了科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。晶体管的三位发明人——因这项伟大发明，三人获得1956年诺贝尔物理学奖威廉·肖克利约翰·巴丁沃尔特·布拉坦计算机发展史-晶体管计算机晶体管促进并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。晶体管与电子管的比较：体积比电子管小很多耗电大大降低稳定性有很大提高1954年美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室研制成功了第一台半导体计算机（TRADIC）。计算机发展史-晶体管计算机1960年IBM全面推出晶体管化的7000系列电脑。以晶体管为主要器件的IBM7090型电脑，换下了诞生不过一年的IBM709电子管计算机，从1960年到1964年一直统治着科学计算的领域，并作为第二代电子计算机的典型代表，被永远载入电脑的史册里。计算机发展史-集成电路计算机基尔比那年35岁，在不超过4平方毫米的面积上，大约集成了20余个元件。1959年2月6日，基尔比向美国专利局申报专利，这种由半导体元件构成的微型固体组合件，从此被命名为“集成电路”（IC）。仙童半导体公司当即召集会议商议对策。诺依斯提出：可以用平面处理技术来实现集成电路的大批量生产，仙童公司开始奋起疾追。1959年7月30日，他们采用先进的平面处理技术研制出集成电路，也申请到一项发明专利。1964年，仙童公司“八叛逆”之一的摩尔（G.Moore）博士，以三页纸的短小篇幅，发表了一个奇特的理论。摩尔天才地预言说道，集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持着这种势头。摩尔的这个预言，因集成电路芯片后来的发展曲线得以证实，并在较长时期保持着有效性，被人誉为“摩尔定律”。电子管、晶体管与集成电路的比较：计算机发展史-集成电路计算机1964年4月7日，IBM公司宣布了一项最新成就：IBM公司投资50亿美圆研制出的通用计算机---IBM360系统。IBM360系统是首次使用集成电路作为元件构造的通用计算机。系统用360为名，表示一圈360度，既代表着360系统从工商业到科学界的全方位应用，也表示IBM的宗旨：为用户全方位服务。计算机发展史-集成电路计算机集成电路的发明，为研制高速运行的超级电脑创造了条件。1960年，刚成立三年的控制数据公司（英文缩写CDC），接受美国原子能委员会的委托，涉足万难之险的巨型机领域。先后“克雷1号”（CRAY-1），“克雷2号”（Cray-2）和“克雷3号”（Gray-3）巨型机相继问世，并行结构使运算速度分别达到每秒12亿次和每秒160亿次计算机发展史-巨型机1971年，Intel公司宣称，他们首创了一种“开启集成电路新纪元”的半导体芯片，即第一块微处理器芯片4004。所谓微处理器芯片是将CPU（CentralProcessingUnit，中央处理器）集成在一块芯片上。第一块微处理器芯片Intel4004及其发明人特德·霍夫计算机发展史-微处理器1971年，英特尔公司宣称，他们首创了一种“开启集成电路新纪元”的半导体芯片，根据该公第一块微处理器芯片已属大规模集成电路范畴。英特尔公司命名它为4004。计算机发展史-微处理器第一个4表示它可以一次处理4位数据，第二个4代表它是这类芯片的第4种型号。这种数字代号沿用至今，就是现代所谓“386”、“486”等计算机俗称的最早源头。1972年4月，霍夫小组研制出另一型号的微处理器8008。在做了少许改进后，1975年又推出有史以来最成功的8位微处理器8080。8080集成了约4800个晶体管，每秒执行29万条指令。8080型微处理器正式投放市场是在1974年，这种芯片及其仿制品后来共卖掉数以百万计，引发了汹涌澎湃的微电脑热潮。计算机发展史-微处理器1981年无疑是个分界线。这一年，IBM公司推出了它的个人电脑，人类社会从此跨进个人电脑新纪元1981年8月12日，IBM在纽约宣布IBMPC个人电脑出世，个人电脑以前所未有的广度和速度面向大众普及。IBMPC主机板上配置着64KB存储器，另有5个插槽供增加内存或连接其他外部设备。它还装备着显示器、键盘和两个软磁盘驱动器。它把过去一个大型电脑机房的全套装置统统搬到个人的书桌上。计算机发展史-个人计算机多媒体技术是电脑能够交互式处理文字、声音、图像、动画、视频等多种媒体信息。为了实现这些目标，多媒体电脑配置的海量存储器——激光光盘、声音卡、3D图形卡等硬件设备，走过了一段瓜熟蒂落的过程。计算机发展史-多媒体计算机计算机发展史-计算机网络和Internet计算机网络就是通过电缆、电话线、或无线通讯互连的计算机的集合。按计算机连网的区域大小，可以把网络分为局域网（LAN，LocalAreaNetwork）和广域网（WAN，WideAreaNetwork）。如在一个房间、一座大楼，或是在一个小范围内的网络就称为局域网，而跨省市、跨国家的网络则是广域网，Internet就是最大最典型的广域网。数字计算机首先来源于理论突破，是逻辑代数为开关电路设计奠定了的数学基础。逻辑代数又称布尔代数，正是以它的创立者——英国数学家布尔（G.Boole）而命名。1938年，美国数学家香农（C.Shannon），第一次在布尔代数和继电器开关电路之间架起了桥梁。著名的论文《继电器和开关电路的分析》，被认为是通讯历史上最杰出的理论之一。计算机发展史-人物“电子计算机之父”的桂冠，被戴在数学家冯·诺依曼（J.VonNeumann）头上，而不是ENIAC的两位实际研究者，这是因为冯·诺依曼提出了现代电脑的体系结构。1945年6月，冯·诺依曼与戈德斯坦、勃克斯等人，联名发表了一篇长达101页纸的报告，即计算机史上著名的“101页报告”，直到今天，仍然被认为是现代电脑科学发展里程碑式的文献。报告明确规定出计算机的五大部件，并用二进制替代十进制运算使用“存储程序”，以便电脑自动依次执行指令。人们后来把这种“存储程序”体系结构的机器统称为“诺依曼机”。计算机发展史-人物阿兰·图林1912年6月23日出生于英国伦敦一个书香门第的家庭。8岁时，他开始尝试写作了一部科学著作，题名《关于一种显微镜》。1931年，他考入剑桥皇家学院。1936年，图林发表了一篇划时代的论文——《论可计算数及其在判定问题中的应用》，后被人改称《理想计算机》。论文里论述了一种“图林机”，只要为它编好程序，它就可以承担其他机器能作的任何工作。当世界上还没人提出通用计算机的概念前，图林已经在理论上证明了它存在的可能性。计算机发展史-人物冯·诺依曼曾多次向别人强调：“如果不考虑巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰·图林。”1950年10月，图林的另一篇论文《机器能思考吗》发表，首次提出检验机器智能的“图林试验”，从而奠定了人工智能的基础，使他再次荣膺“人工智能之父”称号。1954年，42岁的阿兰·图林英年早逝。为了纪念他在计算机领域奠基性的贡献，美国计算机学会决定设立“图林奖”，从195