大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第01章

1、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)的發(fā)展 作為能夠模擬人類思維的高級計(jì)算工具，電子計(jì)算機(jī)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)理論基礎(chǔ)和精密的體系結(jié)構(gòu)。1946年問世的ENIAC堪稱二十世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明，它標(biāo)志著現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。但在ENIAC問世之前，無數(shù)杰出的科學(xué)家為之付出了艱苦的努力，有一些人的名字是應(yīng)當(dāng)被永遠(yuǎn)銘記的布爾邏輯代數(shù) 早在1847和1854年，英國數(shù)學(xué)家布爾發(fā)表了兩部重要著作邏輯的數(shù)學(xué)分析和思維規(guī)律的研究，創(chuàng)立了邏輯代數(shù)。邏輯代數(shù)系統(tǒng)采用二進(jìn)制，是現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)和邏輯基礎(chǔ)。阿塔納索夫-計(jì)算機(jī)三原則 1939年，阿塔納索夫提出計(jì)算機(jī)三原則:采用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算；采用電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)控制和

2、運(yùn)算；采用把計(jì)算功能和存儲(chǔ)功能相分離的結(jié)構(gòu)。 1939年，阿塔納索夫還設(shè)計(jì)并試制數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的樣機(jī)“ABC機(jī)”，但未能完工。阿塔納索夫關(guān)于電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案啟發(fā)了ENIAC開發(fā)小組的莫克利，并直接影響到ENIAC的誕生。1972年美國法院判決ENIAC的專利權(quán)無效，阿塔納索夫擁有作為第一個(gè)電子計(jì)算機(jī)方案提出者的優(yōu)先權(quán)。維納-現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)五原則 1940年，美國科學(xué)家維納闡述了自己對現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的五點(diǎn)設(shè)計(jì)原則：數(shù)字式而不是模擬式；以電子元件構(gòu)成并盡量減少機(jī)械裝置；采用二進(jìn)制而不是十進(jìn)制；內(nèi)部存放計(jì)算表；內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 維納在1948年完成了著作控制論，這不僅使維納成為控制論的創(chuàng)始人，而且對計(jì)

3、算機(jī)后來的發(fā)展和人工智能的研究產(chǎn)生了深刻的影響。仙農(nóng)-計(jì)算機(jī)開關(guān)電路 1938年，信息論的創(chuàng)始人、美國科學(xué)家仙農(nóng)發(fā)表論文繼電器和開關(guān)電路的符號分析，首次闡述了如何將布爾代數(shù)運(yùn)用于邏輯電路，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)開關(guān)電路的理論基礎(chǔ)。圖靈-計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人 圖靈，AMTuring， ( Alan Mathison) 1912年6月23日生于英國倫敦； 1954年6月7日卒于 英國威姆斯洛(Wilmslow) 1936年，圖靈作出了他一生最重要的科學(xué)貢獻(xiàn)，他在其著名的論文論可計(jì)算數(shù)在判定問題中的應(yīng)用（On Computer numbers with an Application to the Ents

4、cheidungs -problem）一文中，以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)，將邏輯中的任意命題（即可用數(shù)學(xué)符號）用一種通用的機(jī)器來表示和完成，并能按照一定的規(guī)則推導(dǎo)出結(jié)論。 圖靈通過數(shù)學(xué)證明得出理論上存在“通用圖靈機(jī)”，這為可計(jì)算性的概念提供了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，圖靈機(jī)成為現(xiàn)代通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型，它證明通用數(shù)字計(jì)算機(jī)是可以制造出來的。 這篇論文被譽(yù)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)原理開山之作,它描述了一種假想的可實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算的機(jī)器，后人稱之為“圖靈機(jī)”。 圖靈-可計(jì)算理論（圖靈機(jī)）圖靈-Turing測試（人工智能） 1950年，圖靈發(fā)表了著名的“計(jì)算機(jī)器和智能”的論文。這篇文章對智能給出一個(gè)行為主義的定義，也是一個(gè)關(guān)于機(jī)器

5、人的著名判斷原則：如果一個(gè)人使用任意一串問題去詢問兩個(gè)他不能看見的對象：一個(gè)是正常思維的人；一個(gè)是機(jī)器，如果經(jīng)過若干詢問以后他不能得出實(shí)質(zhì)的區(qū)別，則他就可以認(rèn)為該機(jī)器業(yè)已具備了人的“智慧”(AI)。 圖靈的機(jī)器智能思想無疑是人工智能的直接起源之一而且隨人工智能領(lǐng)域的深入研究，人們越來越認(rèn)識到圖靈思想的深刻性：它們至今仍然是人工智能的主要思想之一圖靈獎(jiǎng) 由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM，Association for Computer Machinery）于 1966年設(shè)立的，專門獎(jiǎng)勵(lì)那些對計(jì)算機(jī)科學(xué)研究與推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展有卓越貢獻(xiàn)的杰出科學(xué)家。設(shè)立的初衷是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其到20世紀(jì)60

6、年代，其已成為一個(gè)獨(dú)立的有影響的學(xué)科，信息產(chǎn)業(yè)亦逐步形成，但在這一產(chǎn)業(yè)中卻一直沒有一項(xiàng)類似“諾貝爾”、“普利策”等的獎(jiǎng)項(xiàng)來促進(jìn)該學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，為了彌補(bǔ)這一缺陷，于是“圖靈”獎(jiǎng)便應(yīng)運(yùn)而生，它被公認(rèn)為計(jì)算機(jī)界的“諾貝爾”獎(jiǎng)。 馮馮諾伊曼現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父諾伊曼現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父 19441945年間，美籍匈牙利科學(xué)家馮諾伊曼在第一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)ENIAC尚未問世時(shí)注意到其弱點(diǎn)，并提出一個(gè)新機(jī)型EDVAC的設(shè)計(jì)方案，其中提到了兩個(gè)設(shè)想： 采用二進(jìn)制 “存儲(chǔ)程序” 這兩個(gè)設(shè)想對于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)至關(guān)重要，也使馮諾伊曼成為“現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父”馮馮諾伊曼現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父諾伊曼現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父 在“關(guān)于電

7、子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)的初步討論”的報(bào)告中，馮諾伊曼討論了電子計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)問題： 由輸入、控制、運(yùn)算、存儲(chǔ)、輸出五大部件構(gòu)成整機(jī)馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)至今為止，它仍然是計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，人們把這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)叫做馮諾依曼機(jī)。ENIAC 1946年2月15日，世界上第一臺(tái)通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC研制成功，承擔(dān)開發(fā)任務(wù)的“莫爾小組”由四位科學(xué)家和工程師?？颂亍⒛死?、戈?duì)査固埂⒉┛怂菇M成，總工程師埃克特當(dāng)時(shí)年僅24歲。埃克特（右）和莫克利（左）因共同研制成功ENIAC而名垂青史ENIAC ENIAC的誕生背景極富戲劇性。1942年8月，莫克利的報(bào)告高速電子管計(jì)算裝置的使用引起了美國軍方的注意，這實(shí)際上是第

8、一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案。1943年4月9日，美軍上校西蒙向科學(xué)顧問、數(shù)學(xué)家維伯倫博士介紹了這一報(bào)告，維伯倫沉思片刻，只說了一句話：“西蒙，給他們這筆經(jīng)費(fèi)。”ENIAC和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的命運(yùn)就這樣決定了。UNIVAC UNIVAC由埃克特和莫克利研制成功，這也是第一個(gè)進(jìn)行批量生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)。1951年，電腦開始走出實(shí)驗(yàn)室服務(wù)于社會(huì)與公眾。 1952年，UNIVAC因準(zhǔn)確地預(yù)測美國總統(tǒng)大選結(jié)果而名聲大噪。EDVAC 1950問世的第一臺(tái)并行計(jì)算機(jī)EDVAC，首次實(shí)現(xiàn)了馮諾依曼體系的兩個(gè)重要設(shè)想：存儲(chǔ)程序和采用二進(jìn)制。FORTRAN 1956年，IBM公司的巴克斯研制成功第一個(gè)高級程序語言FORTRAN

9、，它被廣泛用于科學(xué)計(jì)算。電子管計(jì)算機(jī) 在ENIAC研制成功后，相繼出現(xiàn)了一批電子管計(jì)算機(jī)，主要用于科學(xué)計(jì)算。 采用電子管作為邏輯元件是第一代計(jì)算機(jī)的標(biāo)志，在這一時(shí)期，IBM公司的IBM 701擊敗競爭對手UNIVAC，一舉奠定了藍(lán)色巨人在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)界的領(lǐng)袖地位。晶體管計(jì)算機(jī) 1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克萊、巴丁、布拉頓發(fā)明點(diǎn)觸型晶體管；1950年又發(fā)明了面結(jié)型晶體管。相比電子管，晶體管體積小、重量輕、壽命長、發(fā)熱少、功耗低，電子線路的結(jié)構(gòu)大大改觀，運(yùn)算速度則大幅度提高 肖克萊（左）、巴丁（中）、布拉頓（右）于1956年共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 發(fā)明晶體管的肖克萊在加利福尼亞創(chuàng)立了當(dāng)?shù)氐谝患野雽?dǎo)體

10、公司，這一地區(qū)后來被稱為硅谷半導(dǎo)體集成電路 1958年，美國物理學(xué)家基爾比和諾伊斯同時(shí)發(fā)明集成電路。1958年，TI（德州儀器）公司制成第一個(gè)半導(dǎo)體集成電路，它是一個(gè)助聽器。 1969年，法庭判決基爾比(左)和諾伊斯（右）為集成電路的共同發(fā)明人，集成電路的專利權(quán)屬于基爾比，集成電路內(nèi)部連接技術(shù)的專利屬于諾伊斯，他們都因此成為微電子學(xué)創(chuàng)始人并獲得巴倫坦獎(jiǎng)?wù)?。第三代?jì)算機(jī) 集成電路的問世催生了微電子產(chǎn)業(yè)，采用集成電路作為邏輯元件成為第三代計(jì)算機(jī)的最重要特征。 此外，系列兼容兼容和采用微程序設(shè)計(jì)也是第三代計(jì)算機(jī)的重要特點(diǎn)。S/360 IBM于1964年研制出計(jì)算機(jī)歷史上最成功的機(jī)型之一IBM S/3

11、60。IBM由于S/360的成功，進(jìn)一步鞏固了自己在業(yè)界的地位，“藍(lán)色巨人”IBM幾乎成為計(jì)算機(jī)的代名詞。 S/360極強(qiáng)的通用性適用于各方面的用戶，它具有“360度”全方位的特點(diǎn)，并因此得名。開發(fā)S/360被稱為“世紀(jì)豪賭”，IBM為此投入了50億美元的研發(fā)費(fèi)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過制造原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”的20億美元。IBM 由于策略得當(dāng)，IBM在70年代延續(xù)了早期的輝煌，繼續(xù)在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)界獨(dú)步天下。 許多廠商無法與IBM全面抗衡，就采取了PCM（接插兼容制造商，Plug Compatible Manufacturers）的策略，發(fā)展與IBM計(jì)算機(jī)兼容的硬件接插設(shè)備。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC） IBM 5150 生產(chǎn)年份: