计算机发展历史.ppt

1、计算机发展史,前言,计算机的发展已历经了60多个春华秋实。60余年在人类的历史长河中只是一瞬间，然而这种工具却彻底改变了我们的生活。 回顾计算机发展的历史，并依此上溯它的起源，真令人惊叹沧海桑田的巨变；历数计算机发展史上的英雄人物和跌宕起伏的发明故事，给我们留下了长久的思索和启迪。 请随着我们的史话倒转时空，从计算机最初的源头说起。,内容,早期计算工具 机械式计算机 机电式计算机 电子计算机,早期计算工具,人类最早的 “计算工具” 是手指。远古时代，我们的祖先用手指来帮助计数； 英文单词“Digit” 既表示“手指”又表示“整数数字”。,一、早期计算工具,中国古书中记载的“上古结绳而治”； 拉

2、丁文中“Calculus”的原意是用于计算的小石子； 绳子、石子的用途：延长手指的计算能力和存储能力。,一、早期计算工具,“运筹策于帷幄之中，决胜于千里之外。”我国古代劳动人民最先创造和使用了“算筹”这种计算工具。 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，这个结果比西方早了近一千年。,一、早期计算工具,示例：计算 206 + 15,一、早期计算工具,算盘：一种用位置(行或列)表示数位的计算工具。算盘珠放在不同列上表示不同的数值，位与位之间没有数据的机械传送。 我国古代劳动人民创造的,计算工具发展史上第一次重大改革。 在英语中，算盘有两种拼法

3、：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。,手动式计算工具计算尺,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。,一、早期计算工具,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？,一、早期计算工具,机械式计算机,17世纪,随着机械装置的发明和发展,有人设想利用杠杆、齿轮、盘、轮和轴等各种机械零件组成的装置，通过它们的一定运动能执行算术运算,从而实现了机械式计算装置。限

4、于当时的制造工具、工艺水平和操作能力,最初开发的装置较原始和粗糙,但毕竟前进了一大步,开始了初步、低级的自动计算的历程。,帕斯卡（Blaise Pascal 1623-1662） 法国数学家和哲学家，19岁时发明了加法器。,二、机械式计算机帕斯卡加法器,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。,帕斯卡的加法器是一种系列齿轮组成的装置，外形像一个长方盒子，旋紧发条后才能转动，只能做加法和减法。 1649年获皇家专利，谈到“主要的发明和重大的进展在于：某一位的小轮或轴完成了十个数字的转动，使下一位小轮转动一个数字。”,启示：可以

5、用机械工具来模拟人的思维活动。,二、机械式计算机帕斯卡加法器,机械式计算工具莱布尼茨四则运算器,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。,莱布尼磁(Gottfried Wilhelm Leibniz，16461716)，德国哲学家、数学家。,帕斯卡撰写的关于加法计算机的论文，使被称为“西方文明最伟大的人物之一”的莱布尼茨（G.Leibnitz）醍醐灌顶，勾起强烈的发明欲。,二、机械式计算机莱布尼兹四则运算器,工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。 除采用一般机械零件外，主要发明了阶梯形轴，第一次实现了带有可变齿数的

6、齿轮，从而保证完成乘除法。 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。,二、机械式计算机莱布尼兹四则运算器,机械的含义？,需要手动上发条，然后可以机械地实现计算手动机械。,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。,查尔斯巴贝奇(Charles Babbage, 17911871)，英国数学家。,二、机械式计算机巴贝奇差分机,1822年发明差分机。 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：,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

7、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。,二、机械式计算机巴贝奇分析机,1832年设计分析机。 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,巴贝奇被认为是“计算机时代的鼻祖”，“计算之父”，他研制的差分引擎原型机和设计的分析引擎(Analytical Engine)，按今天的标准，他采用的技术是够原始的，但他的思想远远超前于他的时代。现代计算技术留有他的思想的烙印。 他的兴趣广泛、富于想象，勇于探索、不断创新，以对科学执着的

8、精神，为计算科学和技术的发展做出了杰出的贡献。,二、机械式计算机巴贝奇分析机,巴贝奇的分析引擎仅是他的思想，因没有得到财政支持,他始终没有建成。 1906年他的大儿子享利P巴贝奇得到R.W.门罗的帮助，按其设计建造了加工器，证明运转正常。,二、机械式计算机巴贝奇分析机,机电式计算机,背 景,机械式计算器的发展已有近三百年的历史，机器结构日益完善，功能与性能不断取得进展。 精密机械制造技术与工艺水平不断提高。 机械式计算器速度慢。 机械式计算器在计算时要手工操作(如手摇计算器)，操作员费力，劳动强度大。 十九世纪电能的使用已逐步推广。 计算需求日益增长。 从而产生机电式计算器：利用电脉冲输入数据

9、和控制；利用电力传动。,三、机电式计算机制表机,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,Z-1计算机：德国人发明。 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,三、机电式计算机z系列,1941年，朱斯向德国政府申请基金用来建造计算机，用于破

10、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,三、机电式计算机巨人计算机,三、机电式计算机MARK-I,MARK-I：美国人发明，1944年研制成功。 哈佛大学数学教授霍华德艾肯在读过巴贝奇和爱达的笔记后，被巴贝奇的远见卓识所震惊，提出用机电的方法，而不是纯机械的方法来实现分析机。,1936 年,电子计算机,电子管诞生为通讯、广播、电视等技术的发展铺平了道路。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

11、万倍。计算机的历史也由此跨进电子的纪元。,时值战火纷飞的二次世界大战关键时期，战争对大量军用数据计算的计算需求像一只有力的巨手，给计算机的诞生铺平了道路。,背 景,四、电子计算机ABC,ABC计算机：美国人约翰.阿塔纳索夫发明。 第一次提出采用电子技术来提高计算机的运算速度。,1939 年,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。,四、电子计算机ENIAC,1946年2月在宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC。,18000个电子管构成 重达30吨 占地170平方米 启动工耗160千瓦 保存80个字节 每秒5千次加、减法运算

12、 价值40万美元,Electronic Numerical Integrator And Calculator,四、电子计算机ENIAC,四、电子计算机ENIAC,ENIAC机器表面布满电表、电线和指示灯，电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只，必须不停更换。 ENIAC的运算速度超出 Mark 至少1000倍。一条炮弹的轨迹，20秒钟就能被它算完，比炮弹本身的飞行速度还要快。 ENIAC 标志着电子计算机的创世，人类社会从此大步迈进了计算机时代的门槛，使得人类社会发生了巨大的变化。ENIAC机证明电子真空技术可以大大地提高计算技术。 ENIAC机本身存在两大缺点： （1）没有存储器； （2）它用

13、布线接板进行控制，甚至要搭接几天，计算速度也就被这一工作抵消了。,四、电子计算机ENIAC,约翰冯诺依曼，美籍匈牙利数学家 （ John Von Neuman，19031957）,计算机体系结构： 1.计算机由五大部件构成； 2.采用二进制； 3.提出“程序存储控制”理论。,1946年1952年，研制第一台设计的存储程序式电子计算机： EDVAC。,四、电子计算机EDVAC,电子管计算机,电子管,25瓦灯泡,第一代：电子管计算机(1945-1956),1、主要特点：以电子管为主要逻辑元件,2、主要用途：进行复杂的科学运算,四、电子计算机的发展史,第二代：晶体管计算机(1956-1963 ）,1

14、954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC），装有800个晶体管。,四、电子计算机的发展史,晶体管计算机的特点,尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、发热少、功耗低等。,提高了计算机的计算能力，使数据的绝对值可达2的几十次方或几百次方,伴随出现了打印机，磁带，磁盘，内存以及操作系统等。而且开发了一些高级语言，软件产业也由此产生。,四、电子计算机的发展史,第二代：晶体管计算机(1956-1963 ）,第三代：集成电路数字计算机(1964-1971),1964年，美国IBM公司研制成功第一个采用集成电路的通用电子计算机系列IBM360系统,集成电路板,体积变小，功耗更低,价格降低,运算速度提高,应用领域进一步扩大,四、电子计算机的发展史,第四代：大规