No1计算机发展史.ppt

信息科学导论,2019/12/1,2,学生计算机基础调查,从来没用过计算机聊天、玩儿游戏文字编辑、PPT等上网、查找学习资料组装过个人计算机写过程序参加过中学生信息奥林匹克竞赛,3,学生计算机基础调查,非常喜欢计算机专业调剂过来的，不喜欢计算机专业不知道，家长给填报的志愿无所谓，反正已经念上了既来之，则安之！热爱自己的专业，学好自己的专业！树立目标，合理规划，不虚度大学时光！,4,课程性质,课程性质：综述性、导引型课程粗线条介绍，作用：旅游出发前浏览地图。教学要求：了解、理解学习知识的四个层次：了解、理解、掌握、应用。不要求弄懂技术细节，后续课程会学习。教学目标：学完本课程，学生可以“知其然，但不知其所以然”，学生应该了解计算机学科的各个主题并充满了兴趣和好奇，同时又产生了太多的不理解和疑问，非常渴望探索其中的科学道理。,5,计算机科学导论侯惠芳张雪萍刘素华主编，北京邮电大学出版社，2007年11月第1版；计算机科学概论（原书第2版）美NellDaleJohnLewis，机械工业出版社，2005年9月第1版；ComputingEssentials，TimothyJ.OLearyLindaI.OLeary，高等教育出版社,参考书目：,联系方式:guolijuan_tjnu,6,授课方式与成绩评定,课堂讲授和演示自学和书面作业成绩评测实验及考勤30%期末考试70%,7,澄清一个认识,8,用户与专业人员的区别,9,启示？,计算机应用技术应用计算机技术对于从事计算机系统的研究、发展、设计和制造的专业人员来说，不仅要懂得计算机系统的原理，还要懂得计算的原理。什么是计算机系统？什么是计算？“计算机学科概论”这门课是学习的开端今后的课程将从不同的角度回答这两个问题四年后，同学们应当自己回答这两个问题,10,计算机学科的基础知识计算机学科的专业知识,计算机科学专业知识体系,数学知识,物理学及电子学知识,学科基础知识,学科专业知识,高等数学,线性代数,概率与数理统计,离散数学,大学普物,电路分析基础,模拟电子技术,数字逻辑电路,计算机导论,高级语言程序设计,面向对象程序设计,数据结构,操作系统,编译原理,数据库系统原理,软件工程,计算机图形学,人工智能,11,1.1.1计算机的发展1.1.2计算机的特点与分类1.1.3微型计算机的发展1.1.4计算机的应用,1计算机基础,1.1计算机的发展及分类,12,第1章计算机基础,本章讨论的主要问题是：1.计算机是计算工具吗？计算机出现之前人类用什么作为计算工具？2.计算机从诞生到现在经历了怎样的发展变化？未来的计算机可能是什么样的？3.我们大多数人接触过微型计算机，常识告诉我们微型计算机只是计算机家族的一员，还有哪些种类的计算机？4.计算机内部是什么样的？计算机是如何进行工作的？从文字处理到卫星导航，计算机神通广大的原因是什么？5.计算机系统在今天的生产生活中有哪些重要的应用？,13,第1章计算机基础,人与其他动物的根本区别是制造工具、使用工具,还有什么启示？,14,情景问题无处不在的计算机,画图娱乐模拟世界上的事物制作影视特技帮助人进行决策帮助人进行设计帮助人制定计划,科学计算处理文字制作图案数据管理控制其他机器游戏发送消息识别语音,计算工具信息处理机,15,中国古书中记载“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。,计算机的发展早期计算工具,1.计早期的计算工具,16,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,计算机的发展早期计算工具,17,示例：计算206+15,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？,计算机的发展早期计算工具,18,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,计算机的发展早期计算工具,19,Napier算筹：英国人发明。用加法操作来实现乘法操作。,1617年,计算机的发展早期计算工具,20,示例：计算258,从Napier算筹可以得到什么启示？,将复杂运算转换为简单运算。,计算机的发展早期计算工具,21,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。,计算机的发展早期计算工具,22,计算机的发展早期计算工具,23,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,计算机的发展早期计算工具,24,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。,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,25,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。,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,26,1673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。,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,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。,27,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。,1804年,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,28,穿孔卡片：本质上是一种输入设备。20世纪70年代还在普遍使用。,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,29,1822年,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：,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,30,1822年,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。,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,31,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,计算机的发展早期计算工具,机械式计算工具,32,机电：机械和电子设备的总称（新华字典）。,计算机的发展早期计算工具,机电式计算机,33,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,计算机的发展早期计算工具,机电式计算机,34,Z-1计算机：德国人朱斯（zuse）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。,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,计算机的发展早期计算工具,机电式计算机,35,1937年英国数学家图灵(1912-1954)提出了著名的“图灵机”的模型，探讨了计算机的基本概念，证明了通用数字计算机是能够制造出来的。为了纪念图灵对计算机科学的重大贡献，美国计算机协会设有图灵奖，每年授予在计算机科学领域作出特殊贡献的人。,1943年,计算机的发展-图灵和图灵机,36,一条无限长的工作带：工作带上的每个元可以存放一个符号；所有允许出现的符号属于一个预先规定好的字母表。,计算机的发展-图灵和图灵机,一个读写头：读写头可以左移一个单元、右移一个单元或者保持不动。,37,一个控制器：控制器在每个时刻处于一定状态，当读写头从工作带上读出一个符号后，控制器就根据这个符号和当时的机器状态，指挥读写头进行读写或者移动，并决定是否改变机器状态。,计算机的发展-图灵和图灵机,38,那么，图灵机怎样进行运算呢？例如做加法3+2=？开始先把最左单元放上特殊的符号B，表示分割空格，它不属于输入符号集。然后写上3个“1”，用B分割后再写上2个1”，接着在再填一个B，相加时，只要把中间的B修改为“1”，而把,计算机的发展-图灵和图灵机,最左边的“1”修改为B，于是机器把两个B之间的“1”读出就得到3+2=5。由于计算过程的直观概念可以看成是能用机器实现的有限指令序列，所以图灵机已被认为是过程的形式定义。,39,1941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。,1943年,计算机的发展-图灵和图灵机,40,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。,计算机发展第一台电子数字计算机,电子计算机,41,第一台电子计算机（ENIAC）,5000次加法/秒体重约30吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW/小时,42,JohnvonNeumann冯诺依曼,1949EDVAC,计算机的发展-冯诺依曼,存储程序工作原理：计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。,43,4.冯诺依曼,冯诺依曼1903年出生，1921年至1925年他先后在柏林和苏黎世学习化学，1926年获得苏黎世化学工程文凭和布达佩斯数学博士证书。1930年他以客座讲师身份到美国普林斯顿大学讲学，次年应聘为普林斯顿大学教授。,冯诺依曼介入ENIAC的工作是偶然的。冯诺依曼到达莫尔学院计算机研究实验室看了研制中的计算机之后，提的第一个问题就是这台计算机的逻辑装置和结构，而这正是莫克利等人所谓判别真正的天才的标志。冯诺依曼对ENIAC机不足之处进行认真分析，并讨论全新的存储程序的通用计算机方案。当军方要求比ENIAC性能更好的计算机时，他便提出EDVAC（埃德瓦克）方案。,44,计算机是一种可以自动处理信息的工具。计算机是一种能快速高效自动完成信息处理的工具。计算机是一种能够高速运算、具备内部存储能由程序控制其操作过程的电子装置。计算机是一种自动地、高速地进行数值运算和信息处理的电子设备。它主要由一些机械的、电子的器件组成，再配以适当的程序和数据。程序及数据输入后可以自动执行，用以解决某些实际问题。,究竟什么是计算机,45,1946年6月冯诺依曼与戈德斯坦（H.Goldstine）等发表了电子计算机装置逻辑结构初探的论文，成为EDVAC的设计基础。1952年完成了EDVAC机的建造工作，并投入运行，用于核武器的理论计算。,EDVAC是电子离散变量计算机的缩写。它的主要改进有两点：一是为了充分发挥电子元件的高速性能而采用了二进制；二是把指令和数据都存储起来，让机器能自动地执行程序。由于它利用水银延时线作主存，用磁鼓作辅存，其运算速度比ENIAC提高了240倍。,46,为什么通常认为计算机时代是从1951年6月开始的?计算机时代的两个主要标志：1.计算机从实验室走向社会，作为商品交付客户使用；2.计算机从单纯军事用途的计算进入公众领域的数据处理，引进强烈的社会反响。UNIVAC（尤尼瓦克）捷足先登，成了这一时代角色。UNIVAC是通用自动计算机的缩写。它的设计师是ENIAC的主要研制者莫奇莱和埃克特。1951年6月14日第一台UNIVAC交付美国人口统计局使用。它不仅为人口普查服务，还投入当时正在进行的总统竞选的统计分析工作。在投票结束刚2小时，它分析了5%的选票后就预告了艾森豪威尔将当选下届总统。这条又快又准的消息披露后，在西文引起轰动。舆论普遍赞赏计算机的强大功能，新闻媒介则纷纷报导：“世界已经进入计算机时代”。,47,5.第一代计算机,第一代计算机（19511958）的特点是：采用电子管代替机械齿轮或电磁继电器作开关元件，但它仍然笨重，而且产生很多热量。既容易损坏。采用二进制代替十进制，即所有指令与数据都用“1”与“0”表示，分别对应于电子器件的“接通”与“关断”。这就是机器可以理解的语言，程序可以存储，这使通用计算机成为可能。但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、磁芯，有了很大改进。输入输出装置主要用穿孔卡，速度很慢。UNIVACI是第一代计算机的代表。在它前后一批著名机器成了开创性的第一代计算机族。是：ABC；ENIAC；IAS；EDVAC；ACE；EDSAC；Whirlwind；IBM701，702，704，705，650等。,48,1952年IBM生产的第一台用于科学计算的大型机IBM701问世。它的字长36位，使用了4000个电子管和12000个锗晶体二极管，运算速度为每秒2万次。采用静电存储管作主存，容量为2048字，并用磁鼓作铺存。,第一代电子计算机中使用的磁鼓,50年代存储技术的重大革新是磁芯存储器的出现，它产生在美国麻省理工学院。磁芯是用铁氧体磁性材料制成的小环，外径小于1毫米，所以磁心尺寸只有小米粒大小。该材料有矩形磁滞回线当激磁电流方向不同时会产生两种剩磁状态，因此一个磁芯可存储一个二进制数（1，0）,一个4K字存储器每字为48位，那就需要409648=196608颗磁芯。它们被组装在磁芯板上。,49,第二代计算机（19591964）的特点是：用晶体管代替了电子管。晶体管有一系列优点：体积小、重量轻；发热少、耗电省；速度快、功能强；价格低、寿命长。普遍采用磁芯存储器作主存，并且采用磁盘与磁带作辅存。使存储容量增大，可靠性提高，为系统软件的发展创造了条件。作为现代计算机体系结构的许多意义深远的特性相继出现，例如变址寄存器、浮点数据表示、间接寻址、中断、I/O处理机等。编程语言在发展。先是用汇编语言代替了机器语言。接着又发展了高级语言如:FORTRAN、COBOL。应用范围进一步扩大。除了以批处理方式进行科学计算外，开始进入实时的过程控制和数据处理.,6.第二代计算机,50,晶体管是1948年美国贝尔电话实验室的三位物理学家巴丁（J.Bardeen）、布拉坦（W.Brattain）、肖克莱（W.Shockley）发明的。由于这项影响深远的发明，他们荣获了1956年诺贝尔物理奖。,1954年贝尔实验室制成第一台晶体管计算机TRADIC，它使用了800个晶体管。1955年全晶体管计算机UNIVAC问世。但是，它们都没有成为第二代计算机的主流产品。第二代计算机主流产品是IBM7000系列。1958年IBM推出大型科学计算机7090，实现了晶体管化。采用了存取周期为2.18微秒的磁芯存储器、每台容量为1MB的磁鼓、每台容量为28MB的固定磁盘，并配置了FORTRAN等高级语言。,51,美国50年代生产的IBM704,1960年美国贝思勒荷姆钢厂成为第一家利用计算机处理定货、管理库存、并进行实时生产过程控制的公司。1963年俄克拉荷马日报成为第一份利用计算机编辑排版的报纸。1964年美国航空公司建立了第一个实时订票系统，计算机应用的革命正在开始。,52,7.第三代计算机,第三代计算机（19651970）的特点是：用集成电路（IntegratedCircuit，IC）取代了晶体管。最初是小规模集成电路（SSI），后来是大规模集成电路（LSI）。IC的体积更小，耗电更省，功能更强，寿命更长。用半导体存储器淘汰了磁芯存储器。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。,普遍采用了微程序设计技术，为确立富有继承性的体系结构发挥了重要作用。三代机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,53,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机构日益增多的计算机应用，在第三代计算机期间，出现了第一代小型计算机如DEC的PDP8.,第三代计算机主流产品是IBM/360。1964年4月7日IBM公布了360系统，成为计算机发展史上的一个重要里程碑。IBM公司为此投资50亿美元，到1965年360系统的各种型号陆续投入市场，共售出33000台，这促使大多数早先的商用计算机被废弃，对计算机工业产生了相当大的冲击。,IBM的成功与它的市场战略正确有关。它从一开始就面向商业、面向产品、面向服务。人们常称IBM为“BigBlue”，即“兰色巨人”。一方面反映它实力雄厚，另一方面也是服务周到的写照，它的工作人员身穿兰色西服为用户“上门服务”。,54,8.第四代计算机,第四代计算机（1971至今）的特点是：用微处理器或超大规模集成电路VISI（VeryLargeScaleIntegration）取代普通集成电路。从计算机系统本身来看，在这期间存储容量进一步扩大；输入采用了OCR与条形码；输出采用了激光打印机；光盘的引进；新的编程语言Pascal、Ada的使用。所有这些还只是进化性的发展，而不是革命性的变化。微型计算机（microcomputer）异军突起，席卷全球，触发了计算技术由集中化向分散化转化的大变革.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。,55,由于特殊应用领域的需求，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。Intel（英特尔）公司于1968年成立。次年，以年青的霍夫（M.Hoff）博士为首，建立了为一家日本公司设计袖珍计算器芯片的小组。1971年第一代微处理器4位芯片Intel4004问世，它在4.23.2mm2的硅片上集成了2250个晶体管组成的电路，其功能竟与ENIAC相仿。1972年推出第二代微处理器8位芯片Intel8008，1974年推出后继产品8080。1975年Altair公司利用这种芯片制成了微型计算机。四代机的主流产品是1979年IBM推出的4300系列、3080系列以及1985年的3090系列。它功能得到进一步的加强，例如虚拟存储、数据库管理、网络管理、图像识别、语言处理等.,56,1.1.2计算机分类与特点,计算机的分类方式有多种，有按处理器位数分：8位机、16位机、32位机、64位机；有按主要元器来分：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、越大规模集成电路计算机；有按用途来分：军用计算机、商用计算机、家用计算机、通用计算机、专用计算机等；较常见按体积大小、处理速度和成本来分：超级计算机、大型机、小型计算机、微型机、嵌入式计算机等,1.计算机分类,57,1.1.2计算机分类与特点,1)超级计算机2)大型机3)小型计算机4)微型机5)嵌入式计算机,1.计算机分类,58,1.1.2计算机分类与特点,1)高速、精确的运算能力2)准确的逻辑判断能力3)强大的存储能力4)自动功能5)网络与通信功能,2.计算机的特点,59,1.1.3微型计算机的发展,在第四代计算机中，微型计算机无疑发展最快的，普及最广泛的。微型机使计算机从实验室、专门机房走到办公室、家庭、公共场所。正是微型机的发展和相应的图形化软件的发展，才使计算机从专业人员走向广大用户。,1.第一个微处理芯片和第一台微型机,1971年1月，以霍夫为首的研制小组，完成了世界上第一个微处理器芯片。在34毫米面积上集成晶体管2250个，每秒运算速度达6万次。它意味着电脑CPU已经缩微成一块集成电路，意味着“芯片上的电脑”诞生。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。,4004芯片,60,1972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。在英特尔公司带动下，1975年，摩托罗拉公司也宣布推出8位微处理器6800。1976年，霍夫研制小组的费根，在硅谷组建了Zilog公司，同时宣布研制成功8位微处理器Z-80。从此，可以放在指尖上的芯片电脑全方位地改变了世界。,爱德华罗伯茨开了一家“微型仪器与自动测量系统公司他以每块75美元价格向英特尔购到8080微处理器，组装了一台很小的机器,命名为“牛郎星”。这就是世界上第一台用微处理器装配的微型计算机。这种机器在金属制成的小盒内，装进两块集成电路，一块8080芯片，另一块存储器，仅有256B。用手拨动面板上8个开关输入程序；几排灯泡的明暗表示计算结果。,61,2.车库里的”苹果”,1976年，美国硅谷“家酿电脑俱乐部”的两位同名青年，史蒂夫乔布斯（S.Jobs）和史蒂夫沃兹奈克（S.Wozniak），在汽车库里“酿造”出一家闻名全球的电脑公司，从而发动了一场轰动电脑业界的“车库革命”。1975年，由于无钱购买“牛郎星”电脑，沃兹奈克只得用较便宜的6502微处理器装配了一部。这台电脑严格地讲只是装在木箱里的一块电路板，但有8K存储器，能显示高分辩率图形。俱乐部成员纷纷提出要订购这种机器。乔布斯敏锐地看到了商机，他卖掉自己汽车，共凑了1300元创业资金。就在乔布斯家里的汽车库里，为了纪念乔布斯当年在苹果园打工的历史，公司取名苹果（Apple），标志是一个被咬了一口的苹果，因为“咬”（Bite）与“字节”（Byte）同音。他们生产的第一款微型计算机也就命名为“苹果I”（AppleI）。,62,1978年初又增加了磁盘驱动器。这种电脑达到当时微型电脑技术的最高水准，乔布斯命名它为“苹果”（Apple）。1977年4月，苹果在旧金山计算机交易会第一次公开露面，售价仅1298美元，造成意想不到的轰动。从此，苹果大量走进了学校、机关、企业、商店和家庭，为领导时代潮流的个人计算机铺平了道路。随着苹果计算机带来的巨大收益，这家公司在短短5年时间内创造了神话般的奇迹。1976年，公司营业额超过20万美元；5年之后，营业额竟跃升至10亿美元，跨进美国最大500家公司的行列。乔布斯头成为美国最年轻的百万富翁。,63,3.个人计算机新纪元,1981年IBM公司推出了它的个人计算机PC，人类社会从此跨进个人计算机新纪元。为了让IBM拥有“苹果计算机”，IBM公司下令在迈阿密建立一个“国际象棋”专案小组，一年内开发出自己的机器。IBM实行“开放”政策。他们决定采用英特尔8088微处理器作为该计算机的中枢，同时委托独立软件公司为它配置各种软件。经反复斟酌，IBM公司决定把新机器命名为“个人计算机”，即IBMPC。1981年8月12日，IBM在宣布IBMPC个人计算机出世，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。就在1982年内，IBMPC机卖出了25万台。,64,IBMPC诞生不仅掀起了个人电脑的大普及，而且导致了软件工业的兴旺。其中，受益最大的是微软公司。早在1969年，美国西雅图湖滨中学8年级学生比尔盖茨（B.Getes）和他高班同学保罗艾伦（P.Allen），在学校唯一台PDP-10小型电脑终端上，设计出第一个软件“三连棋”游戏。1974年12月，保罗艾伦在报亭上偶尔发现大众电子配发的“牛郎星”照片，立即找到已经考入哈佛大学学法律的比尔盖茨，共同为“牛郎星”研制出配套的BASIC软件。这种软件后来竟卖出了100万套。,65,在BASIC软件成功的鼓舞下，1975年7月，19岁的比尔盖茨走出人生中最关键的一步。他毅然放弃只差一年就到手的哈佛学位，与保罗艾伦一起在阿尔伯克基市竖起“微软公司”的旗帜。“微软”（Microsoft）取自于“微型”和“软件”二字，专门从事微电脑软件开发。比尔盖茨为只有6名员工的小公司定下雄心勃勃的目标：每个家庭每张桌上都有一部电脑运行微软的软件。1980年，当IBM“国际象棋”专案组需要为PC电脑配套操作系统软件时，找到了微软公司，比尔盖茨想起了西雅图软件天才帕特森（T.Paterson）曾编写过一个QDOS软件，微软公司购买到QDOS版权，并且在帕特森帮助下，完成了这件影响深远的磁盘操作系统MS-DOS软件。MS-DOS伴随IBMPC电脑出征，由于所有PC个人电脑（包括其他厂商生产的兼容机）都需要安装MS-DOS，其用户后来竟超过3000万，历史上从来没有哪个软件能够达到如此庞大的用户数。,66,4.软件与硬件交替发展,英特尔公司没有停止前进的步伐，386刚刚上市，便研制下一代芯片486芯片不仅要保持兼容性，而且必须创新，原定两年半的时间被推迟了两个月。1989年2月推出了486产品。该芯片集成了120万只晶体管，功能相当于当时的一台大型主机，速度比4004快了50倍。1989年4月，英特尔公司在拉斯维加斯电脑大展上首度发表486，标志着PC电脑从此进入486时代。1987年在半导体行业仅排名第十的英特尔公司，由于坚持在微处理器领域的技术创新，终于在1992年超过日本NEC公司，攀上全球半导体产业的首位。历史进入到九十年代初，微处理器再次加快升级换代的速度。为了防止商标被人摹仿，从第五代（P5）开始，英特尔公司将新研制的芯片更名为“奔腾”（Pentium）。,67,1993年5月，“奔腾”微处理器在一个小型记者招待会上首次发表，英特尔打出“送你一颗奔驰的芯”大幅广告。“奔腾”芯片集成了310万枚晶体管，数目大大超过486芯片的120万枚，每个元件的宽度只有0.8微米，大约是一根头发的百分之一，电脑业从此进入“奔腾时代”。一年半后，英特尔公司推出“奔腾”处理器，实现了0.25微米新工艺，它内置多媒体（MMX）功能，集数据、音频、视频、图形、通讯于一体。微处理器遵照“摩尔定律”，集成的元件数目以每18个月翻一番的进程，默默走过了20余年。如果走进英特尔公司博物馆，人们可以清晰地观看到它的生产过程和它的发展足迹。从第一代4004到第8代Pentium4，芯片的集成度增加了2400倍，速度提高了5000倍。至1995年，全世界用作电脑“心脏”的微处理器产量已达2亿4千万个；用作电器控制的微处理器产量高达30亿个。,68,英特尔微处理器的更新换代，也给微软公司视窗软件升级带来契机。从开始的DOS1.0，到DOS6.22，从字符界面到图形化界面，1990年在当时的386上推出了Windows操作系统，1995年，世界范围出现了迎接“视窗95”（Windows95）的热潮。比尔盖茨在其好友、股票大王巴菲特（W.Buffett）建议下，不惜以1200万美元买到英国“滚石”摇滚乐团“启动我”原创歌曲，于8月24日召召开发布会。30多个国家500多位报刊记者和数十位电视台的节目主持人，各软件公司代表和电脑经销商近万人赶来参加视窗95的盛会。,69,实际上每当英特尔推出一款新的微处理器，微软公司也推出一款新的操作系统，包括Windows95、Windows98、WindowsMe、Windows2000、WindowsXP每一款在功能上都有一定的进步，但对机器性能要求也高了，以刺激用户的购买欲，同时推动个人计算机的发展。据说PC机市场的60%利润被Wintel联盟获得。由于视窗95的成功销售，微软公司已经控制了个人电脑操作系统90%以上的市场，比尔盖茨第二次登上美国财富杂志全球富豪排行榜榜首。当之无愧是知识经济开始到来的标志。,70,5.我国计算机的发展,自从1946年世界上第一台数字电子计算机在美国诞生以来，与计算机最邻近领域的数学和物理界的泰斗，世界数学大师华罗庚教授和中国原子能事业的奠基人钱三强教授，就十分关注这一新技术如何在国内发展。从1951年起，积极推动将发展计算机列入国家的12年发展规划。1956年8月25日我国第一个计算技术研究机构中国科学院计算技术研究所筹备委员会成立，华罗庚任主任。这就是我国计算技术研究机构的摇篮。1958年由七机部研制的中国第一台数字电子计算机103机(定点32二进制位，每秒2500次)交付使用.总参研制的中国第一台大型数字电子计算机104机(浮点40二进制位，每秒1万次)在1959年也交付使用，在104机上中国第一个自行设计的编译系统在1961年试验成功(Fortran型)。,71,1967年自行设计了专为“两弹一星”服务的计算机大型晶体管计算机109乙(浮点32二进制位，每秒6万次)供核弹研究用和七机部供火箭研究用，它们的使用时间长达15年，被誉为“功勋计算机”，是中国第一台具有分时、中断系统和管理程序的计算机，同时中国第一个自行设计的管理程序（操作系统的前身）就是在它上面建立的。1983年，国防科技大学研制成功运算速度每秒上亿次的“银河-I”巨型机，这是我国高速计算机研制的一个重要里程碑；1983年，电子工业部计算机管理局研制成功与IBMPC机兼容的长城0520CH微机。同时电子部六所开发成功微机汉字软件CCDOS，是我国第一套与IBMPC-DOS兼容的汉字磁盘操作系统。1991年，新华社、科技日报、经济日报正式启用汉字激光照排系统(中国计算机科学家王选所领导的科研集体研制出的汉字激光照排系统)被誉为“汉字印刷术的第二次发明”。,72,1994年中关村地区教育与科研示范网络(NCFC)完成了与Internet的全功能IP连接，从此，中国正式被国际上承认是接入Internet的国家。1997年，国防科大研制成功“银河-III”百亿次并行巨型计算机系统，系统综合技术达到90年代中期国际先进水平。1989年7月金山公司的WPS软件问世，它填补了我国计算机字处理软件的空白该软件至今在国内还有一定的影响。2002年8月“龙芯1号”的问世结束了我国不生产CPU的“空芯化”历史。作为一款64位的通用芯片，2004年推出的“龙芯2号”样机上能运行完整的64位中文Linux操作系统。曙光公司推出完全自主知识产权的“龙腾”服务器，龙腾服务器采用了“龙芯-1”CPU，采用了曙光公司和中科院计算所联合研发的服务器专用主板，采用曙光Linux操作系统，该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品，在国防、安全等部门将发挥重大作用。,73,2005年5月，联想完成收购IBM全球PC业务（包括IMB笔记本和台式机业务合并后的新联想将以130亿美元的年销售额一跃成为全球第三大PC制造商。使我国计算机产业达到世界先进水平。2005年8月5日国内最大搜索引擎百度公司股票在美国Nasdaq市场挂牌交易.2005年8月11日、阿里巴巴收购雅虎中国。这是中国互联网史上最大的一起并购案。,74,1.1.4计算机应用,计算机所以迅速发展，其生命力在于它的广泛应用。最早设计计算机的目的是用于军事方面的科学计算，而当制造完成后，由于它的无比的优越性，就开始用于其它领域。第一台商用计算机就被用于“圣经”的文字处理。不久就在银行用于信息处理。目前，计算机的应用范围几乎涉及人类社会的所有领域：从国民经济各部门到个人家庭生活，从军事部门到民服务部门，从科学教育到文化艺术，从生产领域到消费娱乐，无一不是计算机应用的天下，对于这么多的应用，这里不可能一一介绍，下面归纳成七个方面来叙述。,75,1.科学计算,科学研究和工程技术计算领域，是计算机应用最早的领域，也是应用得较早、较广泛的领域。例如数学、化学、原子能、天文学、地球物理学、生物学等基础科学的研究，以及航天飞行、飞机设计、桥梁设计、水力发电、地质找矿等方面的大量计算都要用到计算机。利用计算机进行数值计算，可以节省大量时间、人力和物力。计算机在科学计算和工程设计中的应用，不仅减轻了大量繁琐的计算工作量，更重要的是，使得一些以往无法解决、无法及时解决或无法精确解决的问题得到圆满的解决,76,2.自动控制,自动控制是涉及面极广的一门学科，应用于工业、农业、科学技术、国防以至我们的日常生活等各个领域。特别是有了体积小、价廉可靠的微型计算机和单片机后，自动控制就有了强有力的工具，使自动控制进入以计算机为主要控制设备的新阶段。据统计，目前国内外大约20%的微型机用于生产过程的自动控制，应用于冶金、化工、电力、交通、机械、军事等部门。用计算机控制各种加工机床，不仅可以减轻工人的劳动强度，而且生产效率高，加工精度高。有人说“计算机是提高生产力最简便的方法”，这是很有道理的。,77,3.CAD/CAM/CIMS,CAD技术，首先按设计任务书的要求设计方案，然后进行各种设计方案比较，确定产品结构、外形尺寸、材料，进行模拟组装，再对模拟整机的各种性能测试，根据测试结果不可对其进行不断修正，最后确定设计；产品设计完成后再将其分解为零件、分装部件，并给出零件图、分部装配图、总体装配图等。全部由计算机直接或间接地完成。CAM一般指利用计算机参与从毛坯到产品制造过程中直接或间接的活动，包括工艺准备、生产作业设计、物料采购计划、生产控制、质量控制等。CAM目前主要是指数控程序的编制。CIMS即将企业生产过程中的有关人、技术、设备、经费管理及其信息流和物质流等利用计算机手段有机集成并优化运行。,78,4.信息处理,信息:是我们人类赖以生存和交际的媒介。通过五官和皮肤，我们可以看到文字图像，听到唱歌说话，闻到香臭气味，尝到酸甜苦辣，感到冷热变化。这些都有是信息。人本身就是一个非常高级的信息处理系统。计算机发展初期，它仅仅用于数值计算。但是后来应用范围逐渐发展到非数值领域，可用来处理文字、表格、图像、声音等各类问题。因此，确切地讲，计算机应当称为信息机，或叫信息处理机。信息处理的范围相当广泛。总之，企业管理、物资管理、资料图书管理、人事管理、业务管理等等，都是计算机能发挥作用的领域。下表中列出了国内各部门研制的计算机管理系统实例。,79,5.教育和卫生,创立学校、应用书面语言、发明印刷术，被称为教育史上的三次革命。目前，计算机广泛应用于教育，被誉为“教育史上的第四次革命”。较多的应用是“计算机辅助教学”.计算机辅助教学既用于普通教育，又用于专业训练方面。例如通过计算机管理的“飞行模拟器”来训练飞机驾驶员。目前我国正在进行的“校校通”工程，当它实现以后，在教学过程中将广泛采用计算机教学法。计算机的问世，同样为人类健康长寿带来了福音。一方面，使用计算机的各种医疗设备应运而生，如CT图像处理设备、身体诊断设备、心脑电图分析仪、医疗车系统等。另一方面，集专家经验之大成，利用计算机建成了各种各样的专家系统，如中医专家诊疗系统、肝病电脑诊治系统、肺癌电脑诊断系统、黄疸病诊疗系统等等.,80,6.家用电器,计算机不仅在国民经济各部门发挥越来越大的作用，而且已渗入个人生活，特别是家用电器中。例如彩色电视机的调台器，就是把微型机的锁环频率合成器结合起来构成的。从而使电视机增加了数字选台、自动选台、预约节目、遥控等多种功能。目前，不仅使用各种类型的个人计算机，而且将单片机广泛应用于微波炉、磁带录音机、自动洗衣机、煤气用定时器、家用空调设备控制器、电子式缝纫机、电子玩具、游戏机等。现在就有全部由电脑和网络控制的智能房子。计算机网络和计算机控制的设备将广泛地应用于办公室、工厂和家庭。通过国际互联网，可以传递多种多样的有益信息，如新闻时事，商业行情、电子商务等等。,81,7.人工智能,“人工智能”又称“智能模拟”，简单地说，就是要使计算机能够模仿人的高级思维活动。影片未来世界中所描绘的机器人，就是在人工智能研究成果基础上所设想的未来世界的情景。人工智能的研究课题是多种多样的诸如计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、机器人等等，内容很多。直接利用自然形式的信息，这正是当前模式识别研究的奋斗目标。目前，在文字识别、图形识别、景物分析以及语言理解等方面都有已取得了不少成就。例如在文字识别方面，对规范的印刷体和严格的手写体的识别，已经达到了成熟实用的水平，而对任意的手写体的识别在通过几次学习以后也能识别出来。,82,1.1.2计算机的发展,计算机的发展史计算机的发展趋势,83,计算机的发展史,84,目前计算机的发展是向着四个方向：巨型化、微型化、网络化和智能化。,计算机的发展趋势,85,CRAY-,巨型化,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。,中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”,银河,86,Altair8800,微型化,计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。,87,网络化,计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。,88,智能化,“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械来”。笛卡尔（1637）,人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）第一代机器人机械手（1962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”,89,计算机的发展趋势,未来新型计算机,1光计算机：利用光作为信息的传输媒体。,2生物计算机（分子计算机）：生物计算机在20世纪80年代中期开始研制，其最大的特点是采用了生物芯片。,3量子计算机：利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。,90,1.1.3计算机的特点与分类,计算机的特点计算机的分类,91,计算机采用了高速电子器件和线路，并利用先进的计算技术，使它可以有很高的运算速度。运算速度是指计算机能执行多少百万条指令每秒。常用单位是MIPS，一般的计算机运算速度可达几百万次到几亿次每秒，现在有些高档计算机的运算速度甚至可达几百亿次每秒。,1、快速运算能力,2、计算精度高,由于计算机是根据事先编好的程序自动、连续地工作，可以避免人工计算可能因疲劳、粗心而产生的各种错误。例如，圆周率的计算，历代科学家采用人工计算只能算出小数点后500位。1981年日本人曾利用计算机算到小数点后200万位，而目前已计算到小数点后上亿位。,计算机的特点,92,计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。,3、存储功能强,4、逻辑判断能力,计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具备人工智能的基础，是计算机基本的、也是