第一讲 计算机基础知识(2010-9)

非常高兴和同学们相处一学期授课教师：张西咸E-Mail:xixianzh@计算机应用基础计算机应用基础课程内容计算机基础知识计算机的组成—硬件、软件计算机病毒、编码微机操作系统—WindowsXPOffice办公软件WordExcelPowerPoint计算机发展史

第一讲内容提要计算机发展史计算机发展趋势计算机的分类技术的出现是不可避免的技术的必然性

一个星球一旦有了生命技术（Technology）源于希腊文的技能与研究技术的一种解释就是技能的研究科学和人类历史一样久远

假如一位科学家指出某件事是可能的

计算机发展史

技术:另一种进化那么几乎肯定是对的预测与幻想

数的发展数学问题远古，人类生产遇到数的问题形象-数字思考与认识，产生数的概念。古秘鲁结绳文字

拉丁文中“计算”一词写作“Calculus”

算筹世界上最古老的计算工具

（我国春秋时期）

红筹表示正数黑筹表示负数

这种工具和运算方法，在当时世界上是独一无二的算盘大概在唐代开始普及，中国的运算工具就由算筹向算盘演变运用计算工具、不断地解决问题最古老的科学之一数学

人类追求的计算工具（HistoricEvents）计算机发展史计算给人类带来了科技文明一台机器——计算机西方人发明了奇妙的计算机器

Computer20世纪人类最伟大发明之一生物鼠标TheFirstMouse(1964)卓越贡献的科学家

世界上第一台机械式计算机法国人,他在19岁时，为了帮助做收税员的父亲，他发明了一个用齿轮运作的加法器，这了制作这台机器，花了3年时间。有八个可动的刻度盘，最多可把八位长数字加起来帕斯卡（PASCAL）“人只不过是一根芦苇

是自然界最脆弱的东西

但他是一根有思想的芦苇”

12岁独自发现了“三角形的内角和等于180度”

流体动力学家和概率论的创始人。注射器，

改进了气压计，创造出水压机。科学界铭记着帕斯卡的功绩，国际单位制规定“压强”单位为“帕斯卡”.1971年命名PASCAL语言

1662年英年早逝，死时年仅39岁。莱布尼兹最早提出二进制运算法则

德国人发明了乘法计算机，著名的数学家和哲学家。继帕斯卡加法机后，计算工具的又一进步。中国康熙皇帝赠送的两张易经图，其中一张就是有名的“伏羲六十四卦方位圆图”。他惊奇地发现，这六十四卦正好与64个二进制数相对应。认为中国的八卦是世界上最早的二进制记数法。

1716年《论中国的哲学》一文，专门讨论八卦与二进制，指出二进制与八卦有共同之处。

伏羲六十四卦方位圆图发现距今6000多年.天六十四卦直接化为二进制数所得十进数“一”=1，“--”=0(阳数奇，阴数偶)卦的数为2的次方数时，二进制数学图书标记莱布尼兹非常向往和崇尚中国的古代文明，他把自己研制的乘法机的复制品赠送给中国皇帝康熙，以表达他对中国的敬意。发明的乘法计算机，它长约1米，使用了一套齿轮系统来传动。二进制对200多年后计算机的发展产生了深远的影响。乘法机计算机1925年他在绝望中去世，在耶拿大学，这位伟大的逻辑学家竟然从未晋升为正教授。莱布尼茨和牛顿同为微积分的创建人。

他的成功在于呕心沥血的工作，善于吸收他人的思想，以及高度自信。无论何时，他清楚地知道如何扩展他的思路。这一点是每个青年人应该学习的地方。差分机和分析机用蒸气激活体积庞大

英国人，他出生于1771年，19岁时考入剑桥大学三一学院攻读数学与化学。

他认为可以使机器按照一定的程序去做一系列简单的计算，代替人去完成一些复杂，繁琐的计算工作。

信息科学的鼻祖巴贝奇杰出之处，能按照设计者控制自动完成一连串的运算。体现了计算机最早的程序设计。为现代计算机的发展开辟了道路。ClaudeShannon香侬是现代信息论的著名创始人。1938年，香侬在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。

奠定现代计算机发展的重要人物和思想人工智能之父图灵机是一种抽象模型，基本思想是用机器来模拟人用纸笔进行数学运算的过程图灵概念上如此简单的机器，理论上却可以计算任何函数。图灵机作为计算机的理论模型，在有关计算理论和计算复杂性的研究方面得到广泛的应用。计算机的概念比世界上最早的电子计算机的出现早了近十年。他的贡献及对未来世界影响几乎可与牛顿、爱因斯坦等巨人比肩

美国设立“图灵奖”

电子计算机问世

机械计算器诞生百年之后，电子技术的发展，计算机开始了机械向电子时代的过渡

由电子原件，具有逻辑运算和数字运算功能的计算工具

。

电子计算机?爱迪生发明了电灯泡.1904年，在爱迪生的研究的基础上弗莱明研制出能够充当交流电整流和无线电检波的特殊灯泡“热离子阀”，从而发明了世界上第一只电子管。直到真空三极管发明，电子管才成为实用的器件。发明者是美国科学家李·德福雷斯特

电子管之父李·德弗雷斯特

（LeeDeForest）

采用电子管作为基本器件。特点是体积大、耗能高、速度慢（一般每秒数千次至数万次）、容量小、价格昂贵。主要用于军事和科学计算。这为计算机技术的发展奠定了基础。第一代计算机1946年到20世纪50年代末期

1943年，二次世界大战关键时期，战争需要。由阿贝丁试炮场承担新式火炮的试验任务，计算弹道表。

意识到高速计算机的必要性世界第一台全数字通用电子计算机1946年2月14日恰逢“情人节”世界上第一台电子计算机研制成功建在宾夕法尼亚大学

体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW工作时附近居民区停止供电，计算速度却仅及现在一台普通电脑的几千分之一。世界第一台全数字通用电子计算机启动：1943年完成：1946年编程：插板和交换机速度：5000次/每秒输入/输出：卡，灯具，开关，插头空间：1000平方英尺负责人：约翰及埃克特经费:48万美元ENIAC(电子数值积分和计算机)ENIAC证明电子真空技术提高计算速度（1）没有存储器（2）它用布线接板进行控制计算要搭接几天，计算速度抵消了ENIAC机本身存在两大缺点：JohnvonNeumann冯

诺依曼本世纪最伟大的科学家之一1913年出生于布达佩斯6岁心算8位数除法8岁学会微积分12岁读懂了函数论17岁第一篇数学论文掌握七种语言22岁数学博士学位1903-1957

1945年6月，冯·诺依曼与同事，联名发表了一篇计算机史上著名的“101页报告”报告了EDVAC方案，被誉为计算机发展史上的一个划时代的里程碑

EDVAC（电子离散变量自动计算机）“机遇只偏爱有准备的头脑”

EDVAC方案规定机器5个构成部分

运算器CA；

逻辑控制装置CC

存储器M

；

输入设备I；

输出设备O并描述了这五部分的职能和相互关系计算机的两个基本能力：存储程序工作的原理

一是能够存储程序

二是能够自动地执行程序方案的革命意义在于“存储程序”计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序。CPU部件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“存储程序”体系结构机器“冯·诺诺依曼机”

“电子计算机之父”1957年2月8日，冯·诺依曼因患骨癌逝世，年仅54岁。他对电脑科学作出的巨大贡献，永远也不会泯灭其光辉！存储程序概念和计算机结构理论为电子计算机的发展奠定了理论基础。

团队

精神冯·诺依曼以其厚实的科技功底、极强的综合能力与青年们结合。极大提高了莫尔小组的整体水平，使莫尔小组成为“人才放大器”，至今依然是科学界敬慕的科研组织典范。缔造蓝色巨人的沃森父子IBM前三十年的历史就是IT业前三十年的历史

“蓝色巨人”IBM就是计算机的代名词第一代电子管计算机19531961

System/360“使电流放大并能控制电流开关的东西”比电子管体积小、寿命长、不发热、耗电省肖克利、布拉顿和巴丁分享了1956年诺贝尔物理奖美国国家科学院院士20世纪最重要的发明划时代的实验装置晶体管之父威廉·肖克利

第二代晶体管电子计算机

50年代中期到20世纪60年代末期

1955年，贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC，装有800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。特点是：体积缩小，能耗降低，寿命延长，运算速度提高（一般每秒为数十万次，高达300万次），可靠性提高，价格不断下降

美国仙童照相器材和设备公司，用硅来取代传统的锗材料。一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟，成功地制造出金属氧化物半导体（MOS）等器件。

集成电路的发明

杰克·基尔比（JackKilby）

在硅芯片上集成几百个，乃至成千上万个晶体管、电阻和电容等集成在微小的平板上“微模组件”被命名为“集成电路”（IC）

2000年，集成电路问世42年以后，人们终于了解到他和他的发明的价值，他被授予了诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖评审委员会曾经这样评价基尔比：“为现代信息技术奠定了基础”。

第三代电子计算机

（中、小规模集成电路）采用中、小规模集成电路（IC）作为基本器件。计算机的体积更小，寿命更长，能耗、价格进一步下降，速度和可靠性进一步提高，应用范围进一步扩大。PDP-8PDP-11

第四代电子计算机

从20世纪70年代初期至今

采用超大规模集成电路（VLSID）和极大规模集成电路（ULSID）、中央处理器CPU高度集成化是这一代计算机的主要特征。

第五代计算机第五代（具有人工智能的计算机)－1981年10月,日本首先向世界宣告开始研制第五代计算机。第五代计算机的目标是成为有人工智能的计算机，它具备了常识、推论、闪出智能火花、判断....等功能。智能计算机突破了传统的诺伊曼式机器的概念，舍弃了二进制结构，把许多处理机并联起来，并行处理信息，速度大大提高。IBM公司并行计算机试验床

第五代计算机无奈的失败进入八十年代，日本、美国等国家都先后投入巨资来研制第五代计算机。然而经过数年的努力，都先后宣布失败。自计算机发明以来最激动人心的大行动，也是一个无奈的失败。然而与大脑的思维相比，相差甚远。第六代计算机(生物计算机)

其主要原材料是利用生物工程技术生产的蛋白质分子，用它作为生物芯片。人脑有140亿神经元及10亿多神经节，每个神经元都与数千个神经元交叉相联，它的作用都相当于一台微型电脑。1.5Kg,大约有1012个细胞人类脑细胞的总数：是140亿～160亿个

第六代计算机

微型计算机的发展

1971年Intel公司制成了第一批微处理4004，这一芯片集成了2250个晶体管组成电路，其功能相当于ENIAC.

个人计算机（PersonalComputer，缩写为PC）应运而生并迅猛地得到发展

创造一块芯片上的电脑

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3×4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IBMPC之父

唐·埃斯特利奇(DonEstridge)IBMPC之父1980年中，IBM召集高层咨询会议，要个人电脑浪潮作出应对,在一年内搞出PC来。项目的负责人就是埃斯特利奇。1981年8月12日，IBM公司宣布IBMPC机面世，进入了个人电脑时代。第一台IBMPC采用Intel4.77M的8088芯片，仅64K内存，低分辨率单色或彩色显示器，单面160K软盘；并配置了微软公司的MS-DOS操作系统软件。采用了总线技术和零散的部件(即“开放标准”)，IBM还公开了PC除BIOS之外的全部技术资料，并通过分销商传递给最终用户。

IBMPC

微型机发展的几个阶段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，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Intel公司于1971年利用4位微处理器Intel4004组成了世界上第一台微型机MCS－4。第一代微型机由4位或第一代8位微处理器构成的计算机称为第一代微型机

第二代微型机由第二代8位微处理器（代表性的产品有Intel公司的Intel8080等）构成的计算机，称为第二代微型机。被业界普遍认可的第一台个人电脑是Altair8800，出现于1975年1月。

第三代微型机由16位微处理器（代表性的产品有Intel公司的Intel8086/80286等）构成的计算机，称为第三代微型机。

第四代微型机由32位微处理器（具有代表性的产品有Intel公司的Intel80386、80486等）构成的计算机，称为第四代微型机。这是由64位微处理器构成的计算机，代表性的产品有80586，即Pentium系列，以及80686的PentiumPro和PentiumⅡ。以PentiumⅢ与PentiumⅣ为代表，带有更强的多媒体效果和更贴近现实生活。第一台便携式PC机1982年11月，康柏（Compaq）电脑公司推出第一台:“可以提着走的电脑”——便携式PC机Portable，也是第一台非IBM制造的PC兼容机。

现代计算机的分类

国家电气和电子工程师协会(IEEE)

1.巨型机（Supercomputer）运算速度在每秒1000万次以上存储容量在1000万位以上价格在1000万美元以上用千、万个CPU并行处理系统IBMBlueGene超级计算机配置了13万个处理器每秒钟可完成1万亿次浮点计算

第29届全球评估权威组织TOP500于7月28日前后公布了最新一期全球超级计算机的排名第一

蓝色基因/L

超级计算机之父西摩·克雷(Seymour

Cray)1958年设计建造了世界上第一台基于晶体管的超级计算机，成为计算机发展史上的重要里程碑。

CrayRedStormSupercomputer

1万1千个AMD公司的双内核Opteron处理器全球最快的矢量超级计算机每秒的浮点运算能力4000亿次第29届全球评估权威组织TOP500于7月28日前后公布了最新一期全球超级计算机的排名第二

美国CrayXT3Supercomputers安装1万3千颗AMD双核微处理器“Opteron”皓龙超级计算机每秒的浮点运算能力100万亿次

第29届全球评估权威组织TOP500于7月28日前后公布了最新一期全球超级计算机的排名第三

曙光4000A超级计算机峰值速度超过10万亿次/秒“曙光4000A”高性能计算机.排名世界第121位2.小巨型机（Minisupercomputer）现已基本消亡3.大型主机（Mainframe)4.

小型机（Minicomputer或Minis）VAX、PDP、IBM-400、DJS-1305.工作站（Workstation）辅助设计和图形图像6.个人计算机（PCPersonalComputer）国内分成:巨、大、中、小和微五类晶体管数目4004奔腾4420,000,0002,300

将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片10微米芯片计算机发展史摩尔天才地预言摩尔天才地预言，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，并在今后数十年内保持着这种势头。1964年，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。“摩尔定律”晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍。

计算机第一定律——摩尔定律计算机发展史Altair8800计算机发展——