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计算机发展史 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 计算机发展史 发展篇 自从1946年世界上第一台电子数字计算机诞生以来 计算机经得到了迅速发展和应用 著名的摩尔定律很好地说明了着一点 平均每18个月计算机的性能要提高一倍 而价格要下降一半 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 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 17世纪初 英国数学家纳皮尔提出了对数的概念 并制作了 纳皮尔算筹 它只需要做简单的加法就能计算出乘积 从而大大简化了数值计算过程 英国牧师奥却德创造了原始的对数计算尺 奥却德发明的对数计算尺不仅能做加 减 计算机发展史 计算的机械时代 乘 除 乘方 开方运算 甚至可以计算三角函数 指数函数和对数函数 它一直使用到袖珍电子计算器面世为止 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 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 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 一位被同时称为 数字计算机之父 的发明家是德国人 名字叫楚泽 K Zuse 为了躲避战火他发明的电磁式计算机一直存放在地窖里 计算机发展史 电磁式计算机 计算机发展史 电子数字计算机的诞生 计算机发展史 电子数字计算机的诞生 计算机发展史 晶体管计算机 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 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 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 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 第一个4表示 计算机发展史 微处理器 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 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 计算机发展史 人物篇 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 计算机发展史 数字化生存的开拓者 计算机发展史 电子计算机之父 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 阿兰 图林 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 阿兰 图林 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1956年开始颁发给最优秀的电脑科学家 它就像科学界的诺贝尔奖那样 是电脑领域的最高荣誉 计算机发展史 巨型机之父克雷 西蒙 克雷1925年9月出生在美国威斯康星州的工程师世家 在参加陆军做了几年电工后 克雷到威斯康星大学和明尼苏达大学继续深造 1950年获电气工程学士 又用了一年攻下了硕士学位 克雷先后在工程研究学会和雷明顿 兰德公司从事开创性的计算机研究 在那里 他设计出他的第一台计算机ERA1101 1957年 克雷跟随威廉 诺瑞斯创立CDC公司 1972年自行创办克雷研究公司 从此开始了他漫长的 巨型机 研究生涯 克雷的名字很长时期一直与巨型机相联系 巨型机基本上按照他创造的模式建立 财富 杂志曾引用他的话说 无庸质疑 在这一领域需要天才 天才是杰出的象征 克雷不仅是真正的天才 他还是举世公认的 巨型机之父 计算机发展史 PC机之父唐 埃斯特奇 埃斯特奇1937年出生于美国佛罗里达州杰克逊维尔 佛罗里达大学工程学士 加入IBM后参与了几种防空计算机系统设计 70年代末在IBM公司担任中级技术经理 负责软件开发业务 1980年 他领导着博卡雷顿实验室 十三人小组 顶着IBM官僚体系的重重压力 以 开放 的思想努力创新 一年之内开发出影响电脑发展前途的IBMPC个人电脑 并推出IBMPC XT和IBMPC AT等后续产品 使其成为个人电脑事实上的行业标准 在IBM公司内部 埃斯特奇被尊称为 PC机之父 成为该公司最富个人魅力的传奇英雄 计算机发展史 比尔 盖茨和微软 比尔 盖茨1955年10月28日出生在西雅图 13岁就开始编写计算机程序 1973年进入哈佛大学法律系 19岁退学 与同伴创办电脑公司 后改名微软公司 自任董事长 总裁兼首席执行官 1988年1月 将总裁一职让给史蒂夫 鲍尔默 比尔 盖茨被誉为电脑奇才 20世纪最伟大的计算机软件行业巨人 36岁成为世界最年轻的亿万富翁 1999年 福布斯 评选 盖茨居世界亿万富翁首位 纯资产850亿美元 被 时代 周刊评为在数字技术领域影响重大的50人之一 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勃兴 其中 受益最大的是微软公司 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 微软公司依托MS DOS迅速崛起 80年代 微软陆续推出Windows操作系统 计算机发展史 比尔 盖茨和微软 Win1 01 November1985Win2 03 November1987Windows3 0 Mai1990Windows3 00a Oktober1991Windows3 1 April1992Windows3 11 Dezember1993Win95 15 August1995Win95A Februar1996Win9830Juni1998Win2000Februar2000WinmeAugust September2000WinxpApril2003Win2003Winvist2007年1月Win7 计算机发展史 比尔 盖茨和微软 计算机的应用已经渗透到人类社会的各个领域 从天气预报到地质勘探 从自动售票到情报检索 从航天飞机到海洋开发 从产品设计到生产过程控制 从医疗诊断到生物工程等等 计算机都得到了日益广泛的应用 在未来的社会中计算机将同能源一样成为我们生活 工作 娱乐中不可的工具 计算机发展史 应用篇 CAD 计算机在最近的几十年中 极大地改变了我们的生活 在工业中 计算机也得到了相应的应用 计算机辅助设计 CAD 是在计算机硬件与软件的支撑下 通过对产品的描述 造型 系统分析 优化 仿真和图形处理的研究 使计算机辅助技术师完成产品的全部设计过程 最后输出满意的设计结果和产品图形 CAE CAE ComputerAidedEngineering 通常指有限元分析和机构的运动学及动力学分析 有限元分析可完成力学分析 线性 非线性 静态 动态 场分析 热场 电场 磁场等 频率响应和结构优化等 机构分析能完成机构内零部件的位移 速度 加速度和力的计算 机构的运动模拟及机构参数的优化 CAM ComputerAidedManufacture 可完成自动生成零件加工的数控代码 并可进行加工过程的动态模拟 干涉和碰撞检查等 主要是为数控机床服务 PDM ProductDataManagement 是产品数据管理 是一门用来管理所有与产品相关信息 包括零件信息 配置 文档 CAD文件 结构 权限信息等 和所有与产品相关过程 包括过程定义和管理 的技术 CAM ERP ERP EnterpriseResourcePlanning 企业资源计划系统 的概念 是美国GartnerGroup公司于1990年提出的 其确切定义是 MRP 企业制造资源计划 下一代的制造业系统和资源计划软件 除了MRP 已有的生产资源计划 制造 财务 销售 采购等功能外 还有质量管理 实验室管理 业务流程管理 产品数据管理 存货 分销与运输管理 人力资源管理和定期报告系统 ERP把客户需求和企业内部的制造活动以及供应商的制造资源整合在一起 形成企业一个完整的供应链 其核心管理思想主要体现在以下三个方面 一 体现对整个供应链资源进行管理的思想 二 体现精益生产 敏捷制造和同步工程的思想 三 体现事先计划与事前控制的思想 CIMS 70年代 美国约瑟夫 哈林顿博士首次提出CIM理念 它的内涵是借助计算机 将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来 进而提高企业适应市场竞争的能力 但是 基于CIM理念的系统CIMS却是在80年代中期才开始被美国等发达国家重视并大规模实施起来的 我国CIMS的真正实施是在国家实施863高科技计划之后 目前 我国CIMS的理念是在结合国际上先进制造技术的发展 特别是基于我国上万名科技人员十余年的实践后 逐步完善起来的 具有中国的特色 在广度 深度上都已拓宽了传统CIM的内涵 我国863 CIMS计划主题组提出 CIM是一种组织 管理和运行现代制造类企业的理念 它将传统的制造技术与现代信息技术 管理技术 自动化技术 系统工程技术等有机结合 使企业产品全生命周期各阶段活动中有关的人 组织 经营管理和技术三要素及其信息流 物流和价值流三流有机集成并优化运行 以达到产品上市快 T 质量高 Q 成本低 C 服务好 S 不污染环境 E 进而提高企业的柔性 健壮性 敏捷性 使企业提高市场竞争能力 先进制造技术 先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果 并将其综合应用于产品设计 加工 检测 管理 销售 使用 服务乃至回收的制造全过程 以实现优质 高效 低耗 清洁 灵活生产 提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称 先进制造技术的层次及技术来源 现代制造技术体系结构 虚拟制造 虚拟制造技术 VirtualManufacturingTechnology orVMT 是80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想 它是以虚拟现实和仿真技术为基础 对产品的设计 生产过程统一建模 在计算机上实现产品从设计 加工和装配 检验 使用整个生命周期的模拟和仿真 这样 可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程 以此来优化产品的设计质量和制造过程 优化生产管理和资源规划 以达到产品开发周期和成本的最小化 产品设计质量的最优化和生产效率最高化 从而形成企业的市场竞争优势 计算机发展史 未来篇 20世纪下半叶电子数字计算机蓬勃发展的主要基础是基于硅材料的微电子器件 发展高性能计算有两条途径 一条是基于现有的半导体集成电路技术 即微处理机技术 通过提高并行处理能力来实现 另一条途径是突破硅半导体器件的框框 发展非传统的新技术 包括超导计算 量子计算 生物计算和光计算等 超导计算机 超导计算机是使用超导体元器件的高速计算机 所谓超导 是指有些物质在接近绝对零度 相当于 269摄氏度 时 电流流动是无阻力的 1962年 英国物理学家约瑟夫逊提出了超导隧道效应原理 即由超导体一绝缘体一超导体组成器件 当两端加电压时 电子便会像通过隧道一样无阻挡地从绝缘介质中穿过去 形成微小电流 而这一器件的两端是无电压的 约琴夫逊因此获得诺贝尔奖 纳米计算机 科学家发现 当晶体管的尺寸缩小到0 1微米 100纳米 以下时 半导体晶体管赖以工作的基本原理将受到很大限制 研究人员需另辟蹊径 才能突破0 1微米界 实现纳米级器件 现代商品化大规模集成电路上元器件的尺寸约在0 35微米 即350纳米 而纳米计算机的基本元器件尺寸只有几到几十纳米 目前 在以不同原理实现纳米级计算方面 科学家提出四种工作机制 电子式纳米计算技术 基于生物化学物质与DNA的纳米计算机 机械式纳米计算机 量子波相干计算 它们有可能发展成为未来纳米计算机技术的基础 像硅微电子计算技术一样 电子式纳米计算技术仍然利用电子运动对信息进行处理 不同的是 前者利用固体材料的整体特性 根据大量电子参与工作时所呈现的统计平均规律 后者利用的是在一个很小的空间 纳米尺度 内 有限电子运动所表现出来的量子效应 光计算机 与传统硅芯片计算机不同 光计算机用光束代替电子进行运算和存储 它以不同波长的光代表不同的数据 以大量的透镜 棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片 研制光计算机的设想早在20世纪50年代后期就已提出 1986年 贝尔实验室的戴维 米勒研制出小型光开关 为同实验室的艾伦 黄研制光处理器提供了必要的元件 1990年1月 黄的实验室开始用光计算机工作 从采用的元器件看 光计算机有全光学型和光电混合型 1990年贝尔实验室研制成功的那台机器就采用了混合型结构 相比之下 全光学型计算机可以达到更高的运算速度 然而 要想研制出光计算机 需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学 晶体管 现有的光学 晶体管 庞大而笨拙 若用它们造成台式计算机将有一辆汽车那么大 因此 要想短期内使光计算机实用化还很困难 DNA计算机 1994年11月 美国南加州大学的阿德勒曼博士提出一个奇思妙想 即以DNA碱基对序列作为信息编码的载体 利用现代分子生物技术 在试管内控制酶的作用下 使DNA碱基对序列发生反应 以此