第一讲、计算机发展历史

1、 大学计算机基础 授课人：李春翔授课人：李春翔 副教授副教授 信息科学与工程学院信息科学与工程学院课程中心： 搜索 “大学计算机基础”一门称为“怎么像计算机科学家一样思维”的课程，面向所有专业，而不仅仅是计算机科学专业的学生 目标一：掌握使用计算机使用的基本技能目标二：了解计算思维目标三：掌握基本的可视化程序设计方法和基本的数据库知识及应用废柴联盟出品废柴联盟出品计算思维举例问题：求问题：求1100的累计和的累计和。 根据已有的知识，可以用根据已有的知识，可以用“1+2+100”1+2+100”来求解，但显然很繁来求解，但显然很繁琐。琐。 sum=1+2+3+100现在换个思路来考虑：现在换个

2、思路来考虑：首先设置一个累计器首先设置一个累计器sumsum，其初值为，其初值为0 0，利用利用sum =sum+ i sum =sum+ i 来计算（来计算（i i依次取依次取1 1、2 2、100100），只要解决以下），只要解决以下3 3个问个问题即可：题即可：（1）将）将i的初值置为的初值置为1；（2）每执行）每执行1次次“sum = sum+ i”后，后，i增增 1；（3）当）当n增到增到101时，停止计算。此时，时，停止计算。此时，sum的值就是的值就是1100的累计和的累计和。上面介绍的解题思维即是典型上面介绍的解题思维即是典型的计算的计算思维方法思维方法-迭代方法，迭代方法，也

3、叫也叫循环循环问题：求问题：求1100的累计和的累计和它是现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程CDIO工程教育理念就是要以这个全过程为载体培养学生的工程能力，其能力不仅包括学科知识，而且包括学生的终身学习能力、团队交流能力和在企业和社会环境下的构思-设计-实施-运行能力什么是什么是CDIO？构思（构思（ConceiveConceive）设计（设计（DesignDesign）实施（实施（ImplementImplement）运行（运行（OperateOperate）开拓视野：从信息技术的角度去看待世界通识学习：一个人可以主修英语或者数学，接着从事各种各样的职业。计算机科学也一

4、样。一个人可以主修计算机科学，接着从事医学、法律、商业、政治，以及任何类型的科学和工程，甚至艺术工作基本技能 ：你会写公文吗？会做ppt吗？开拓视野掌握技能获得知识大班上课 32学时（教室）小班讨论 16学时（交互式教室）上机实践 16学时（交互式教室）考核方式总成绩平时作业和点到上机实验期中考期末考课程内容1.2 机械式计算机1.3 从机械到电子的进程1.4 电子计算机发展历史1.5 奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6 计算机发展趋势及新技术1.7 小结14大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论公元前公元前30003000年的年的古埃及人用结绳古埃及人用结绳来记录土地

5、面积来记录土地面积和收获的谷物和收获的谷物公元前公元前20002000年的美索不年的美索不达米亚人用泥板计数达米亚人用泥板计数公元公元500500年前，南北朝年前，南北朝数学家祖冲之就是用算数学家祖冲之就是用算筹计算出圆周率值介于筹计算出圆周率值介于3.14159263.1415926和和3.14159273.1415927之间。之间。15大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论珠算被称为我国珠算被称为我国“第五第五大发明大发明”，最早记录于，最早记录于汉朝人徐岳撰写的汉朝人徐岳撰写的数数术记遗术记遗一书里。一书里。算圣刘洪及其发明的算圣刘洪及其发明的珠算盘珠算盘。16大学计算

6、机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论纳皮尔算筹纳皮尔算筹( (NapierNapiers bones)s bones)16121612年发明，可做乘法运算年发明，可做乘法运算John Napier(1550-1617)John Napier(1550-1617)英国的约翰英国的约翰纳皮尔纳皮尔17大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论英国的威廉英国的威廉奥却德奥却德( (William William Oughtred)Oughtred) 的圆形计算尺，可做的圆形计算尺，可做乘除运算乘除运算风靡风靡18181919世纪的计算尺，世纪的计算尺，由蒸汽机发明人瓦特改造

7、由蒸汽机发明人瓦特改造而来，能做加减乘除、乘而来，能做加减乘除、乘方、开方、三角函数、指方、开方、三角函数、指数函数、对数函数数函数、对数函数18大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论Casio 14-ACasio 14-A19571957年发明年发明一款普通的袖珍电子计算器一款普通的袖珍电子计算器1.2 机械式计算机1.3 从机械到电子的进程1.4 电子计算机发展历史1.5 奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6 计算机发展趋势及新技术1.7 小结20大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论19601960年，根据示意图重新制作的年，根据示意图重新制作的契

8、克卡德计算机：能做契克卡德计算机：能做6 6位数加减位数加减法，机器上部附加一套法，机器上部附加一套 “纳皮尔纳皮尔算筹算筹”，因此也能进行乘除运算。，因此也能进行乘除运算。威廉威廉契克卡德契克卡德于于16231623年制造了第一台年制造了第一台机械式计算机。机械式计算机。Wilhelm Schickard(1592-1635)Wilhelm Schickard(1592-1635)21大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论16421642年发明：能自动进行加减运算年发明：能自动进行加减运算Blaise Pascal(1623Blaise Pascal(16231662)16

9、62)布莱斯布莱斯帕斯卡帕斯卡 法国数学家、物理学家、思想法国数学家、物理学家、思想家家22大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论16741674年。这是第一台可以运行完整四则运算的计年。这是第一台可以运行完整四则运算的计算机，整个机器由一套齿轮系统传动。算机，整个机器由一套齿轮系统传动。【公元公元17001700年左右，莱布尼茨从一位友人送给他年左右，莱布尼茨从一位友人送给他的中国的中国“易图易图”（八卦）里受到启发，率先提出（八卦）里受到启发，率先提出了二进制的运算法则。了二进制的运算法则。】Gottfried Leibniz(1646Gottfried Leibniz(

10、16461716) 1716) 戈特费里德戈特费里德莱布尼兹莱布尼兹23大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论阴用断续线条阴用断续线条“ ”表示、表示、 阳用连续线条阳用连续线条“”表示，两种线条的重叠形成四象、八卦、六十四卦。表示，两种线条的重叠形成四象、八卦、六十四卦。阴阳是两仪、两仪生四象、四象生八卦、八八六十四阴阳是两仪、两仪生四象、四象生八卦、八八六十四卦卦24大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论现代计算机奠基人现代计算机奠基人查尔斯查尔斯巴贝奇巴贝奇Charles Babbage (1791- 1871)Charles Babbage (179

11、1- 1871)18221822年发明差分机，差分机设计年发明差分机，差分机设计闪烁出了程序控制的灵光闪烁出了程序控制的灵光它它能够按照设计者的旨意，自动处能够按照设计者的旨意，自动处理不同函数的计算过程。计算精理不同函数的计算过程。计算精度度 是六位小数。是六位小数。25大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论世界上第一位程序员世界上第一位程序员奥古斯塔奥古斯塔艾达艾达拜伦。她编制的三拜伦。她编制的三角函数的程序、级数相乘程序、伯努角函数的程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等，即使到了今天，电利函数程序等等，即使到了今天，电脑软件界仍然不敢轻易改动一条指令。脑软件界仍然不敢

12、轻易改动一条指令。Augusta Ada Byron (1815Augusta Ada Byron (1815-1 -1852)852)后人根据巴贝奇图纸制造的后人根据巴贝奇图纸制造的“分析分析机机”-通用的数学计算机通用的数学计算机18341834年，巴贝奇提出通用计算机年，巴贝奇提出通用计算机“分析机分析机”构想，直至他去世也未制成。构想，直至他去世也未制成。1.2 机械式计算机1.3 从机械到电子的进程1.4 电子计算机发展历史1.5 奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6 计算机发展趋势及新技术1.7 小结27大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论Herman Ho

13、llerith (1860-1929)Herman Hollerith (1860-1929)美国著名统计专家美国著名统计专家赫尔曼赫尔曼霍列瑞斯霍列瑞斯18881888年，霍列瑞斯发明的自年，霍列瑞斯发明的自动制表机，动制表机，首次首次将将穿孔卡技穿孔卡技术术应用于计算机应用于计算机输入输入。这不。这不是通用计算机，除了能统计是通用计算机，除了能统计数据表格外，几乎没有别的数据表格外，几乎没有别的用途。用途。28大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论John Fleming (1848-1945)John Fleming (1848-1945)19041904年，英国约翰年

14、，英国约翰弗莱明发明真弗莱明发明真空二极管空二极管Lee De Forest (1873-1961)Lee De Forest (1873-1961)19061906年，美国人李年，美国人李德德福雷斯特福雷斯特发明能起放大作用的真空三极管。发明能起放大作用的真空三极管。29大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论Konrad Zuse (1910-1995)Konrad Zuse (1910-1995)数字计算机之父数字计算机之父克兰德克兰德楚泽楚泽19451945年发明，德国博物馆中存放的年发明，德国博物馆中存放的Z4Z4计算机，使用了若干继电器，穿计算机，使用了若干继电器，

15、穿孔卡，孔卡，30大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论Howard Aiken (1900-1973)Howard Aiken (1900-1973)MARKMARK系列计算机发明人系列计算机发明人霍华德霍华德艾肯艾肯19441944年发明，年发明，MARK-IMARK-I，装备了，装备了3 3 000000多个继电器多个继电器31大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论计算机软件之母计算机软件之母Grace Hopper (1906-1992)Grace Hopper (1906-1992)(a)(a)一本介绍格蕾斯一本介绍格蕾斯霍波博士的书霍波博士的书(

16、b)(b)海军军官霍波海军军官霍波摄于摄于19841984年年保存在霍波笔记本中的第一个保存在霍波笔记本中的第一个“bugbug”1.2 机械式计算机1.3 从机械到电子的进程1.4 电子计算机发展历史1.5 奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6 计算机发展趋势及新技术1.7 小结33大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论ENIACENIAC（Electronic Numerical Integrator And CalculatorElectronic Numerical Integrator And Calculator）：）：19461946年年2 2月月1414日

17、，诞生日，诞生使用弗莱明、德福雷斯特发明的电子管作为主要元件使用弗莱明、德福雷斯特发明的电子管作为主要元件34大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论ENIAC的指标：的指标：l 每秒每秒5000次加法次加法l 17468个电子管个电子管l 7200个二极管、个二极管、70000个电阻器、个电阻器、10000个电容器、个电容器、6000个继电器个继电器l 占地占地170平方米平方米l 总重量总重量30吨吨l 耗电耗电174KWENIACENIAC两位设计者两位设计者莫契利和埃克特莫契利和埃克特ENIACENIAC博物馆中的部分器件博物馆中的部分器件35大学计算机基础大学计算机基

18、础计算机科学概论计算机科学概论晶体管的三位发明人晶体管的三位发明人威廉威廉肖克利肖克利约翰约翰巴丁巴丁沃尔特沃尔特布拉布拉坦坦36大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论l 体积比电子管小很多体积比电子管小很多l 耗电大大降低耗电大大降低l 稳定性有很大提高稳定性有很大提高电子管实物电子管实物晶体管实物晶体管实物19551955年，贝尔实验室使用年，贝尔实验室使用800800只晶体管组装了世界上只晶体管组装了世界上第 一 台 晶 体 管 计 算 机第 一 台 晶 体 管 计 算 机TRADICTRADIC。(Transistor Digital (Transistor Digi

19、tal Computer)Computer)37大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论l 1958年年9月月12日，杰克日，杰克基尔比（基尔比（Jack Kilby）完成了他的集成电路设计。）完成了他的集成电路设计。l 1959年年7月月30日，罗伯特日，罗伯特诺伊斯诺伊斯（Robort Noyce）制出更新型的集成电路。）制出更新型的集成电路。他后来他后来创办了大名鼎鼎的英特尔（创办了大名鼎鼎的英特尔（Intel）公司。公司。杰克杰克基尔比基尔比罗伯特罗伯特诺伊诺伊斯斯38大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论晶体管实物晶体管实物集成电路实物集成电路实物1

20、9641964年年4 4月月7 7日，日，IBM360IBM360计算计算机问世。机问世。 IBMIBM公司首次提出公司首次提出了系列机的概念，圆满地解了系列机的概念，圆满地解决了计算机的兼容问题决了计算机的兼容问题39大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论 1971年，年，Intel公司制作了第一块微处理器芯片公司制作了第一块微处理器芯片4004，将将CPU（Central Processing Unit，中央处理器）集成在一块芯片上。，中央处理器）集成在一块芯片上。第一块微处理器芯片第一块微处理器芯片Intel 4004Intel 4004及其发明人特德及其发明人特德霍夫

21、，此芯片比硬霍夫，此芯片比硬币还小，但集成了币还小，但集成了22502250个晶体管。个晶体管。40大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论1975年，由微型仪器与自动测量系统公司年，由微型仪器与自动测量系统公司（MITS）推出）推出 。1981年，年，IBM公司正式推出了全球第一台个公司正式推出了全球第一台个人计算机人计算机IBM PC。该机采用主频。该机采用主频4.77MHz的的Intel 8088微处理器，运行微处理器，运行Microsoft公司专门为公司专门为IBM PC开发的开发的MS-DOS操作系统。操作系统。第一台微型计算机第一台微型计算机Altair 8800A

22、ltair 8800第一台个人计算机第一台个人计算机IBM PCIBM PC41大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论 比尔比尔盖茨（盖茨（ Bill Gates ）在哈佛大学学习期间就）在哈佛大学学习期间就为第一台微型计算机为第一台微型计算机Altair 8800开发了开发了BASIC编程语言。编程语言。 1975年，年仅年，年仅20的盖茨与好友保罗的盖茨与好友保罗艾伦艾伦(Paul Allen)共同创建了共同创建了Microsoft公司。公司。 1981年诞生的年诞生的IBM PC机选用机选用Microsoft公司的公司的MS-DOS作为操作系统，随着作为操作系统，随着P

23、C机的风行，机的风行，Microsoft公司公司逐渐成为世界第一大微机软件开发商。逐渐成为世界第一大微机软件开发商。比尔比尔盖茨盖茨保罗保罗艾伦艾伦42大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论l l 人工智能计算机人工智能计算机l l 激光计算机激光计算机l l 超导计算机超导计算机l l 生物晶体计算机（生物晶体计算机（DNA计算机）计算机）l 量子计算量子计算湖南大学超级计算机中心湖南大学超级计算机中心千万亿次计算能力的超级计算中心千万亿次计算能力的超级计算中心手动式计算工具手动式计算工具20世纪世纪60年代年代计算工具的发展简史（时间表）计算工具的发展简史（时间表）机械式

24、计算工具机械式计算工具1642年年1886年年机电式计算机机电式计算机20世纪世纪30年代年代电子计算机电子计算机元代元代1300年年算盘算盘远古远古1832年年分析机分析机计算器计算器45大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论 你的手机运算能力相当于阿波罗登月时NASA所有计算机运算能力的总和。但NASA把人类发射到了月球，你却发射小鸟去砸猪 作业一1、我与it : 过去、现在、和将来2、请欣赏一部与人工智能的电影，写出观后感（推荐人工智能、黑客帝国、源代码）1.美国宾夕法尼亚大学1946年研制成功了一台大型通用数字电子计算机( )。 (A)ENIAC (B)Z3 (C)I

25、BM PC (D)Pentium课堂小练习2.第四代计算机采用大规模和超大规模( )作为主要电子元件。 (A)微处理器 (B)集成电路 (C)存储器 (D)晶体管课堂小练习1.2 机械式计算机1.3 从机械到电子的进程1.4 电子计算机发展历史1.5 奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6 计算机发展趋势及新技术1.7 小结51大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论逻辑代数创始人，逻辑代数创始人，英国数学家英国数学家乔治乔治布尔布尔( (George George BooleBoole，1815-1864)1815-1864)52大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计

26、算机科学概论信息论创始人，信息论创始人，美国科学家美国科学家克 劳 德克 劳 德 香 农香 农( (Claude ShannonClaude Shannon，1916-2001)1916-2001)53大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论 图灵是计算机逻辑的奠基者图灵是计算机逻辑的奠基者计算机与人工计算机与人工智能之父，英智能之父，英国数学家、逻国数学家、逻辑学家辑学家阿兰阿兰图图灵 （灵 （ A l a n A l a n TuringTuring，1912-1912-19541954）54大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论 1936年提出著名的年提

27、出著名的“图灵机图灵机(Turing Machine)”的设想。的设想。图灵机模型示意图图灵机模型示意图55大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论 1950年年10月，图灵第一次提出月，图灵第一次提出“机器思机器思维维”的概念。提出一假想：一个人在不接触的概念。提出一假想：一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些问题判断对方是人还是计算他无法根据这些问题判断对方是人还是计算机，那么，就可以认为这个计算机具有同人机，那么，就可以认为这个

28、计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。这相当的智力，即这台计算机是能思维的。这就是著名的就是著名的“图灵测试图灵测试”（Turing Testing）。）。 56大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论 为纪念图灵对计算机领域做出的巨大贡献，国际计算机协会为纪念图灵对计算机领域做出的巨大贡献，国际计算机协会(Association for Computing Machinery，ACM)于于1966年开始设立图灵奖年开始设立图灵奖(Turing Award)，有有“计算机界诺贝尔奖计算机界诺贝尔奖”之称。之称。姚期智姚期智法兰西斯法兰西斯艾伦艾伦( (Frances

29、 AllenFrances Allen) )57大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论被被“遗忘遗忘”的电子计算机之父的电子计算机之父约翰约翰阿塔纳索夫阿塔纳索夫（John AtanasoffJohn Atanasoff，1903-19951903-1995）存放在衣阿华州立大学的存放在衣阿华州立大学的ABCABC计算机计算机( (Atanasoff-Berry Computer)Atanasoff-Berry Computer)58大学计算机基础大学计算机基础计算机科学概论计算机科学概论现代电子计算机之父现代电子计算机之父冯冯诺伊曼诺伊曼l 采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；采用二进制；l 计算机由计算机由5部分构成：运算器、控制器、存部分构成：运算器、控制器、存储器、输入和输出装置；储器、输入和输出装置；l 程序由指令组成并和数据一起存放在