第3課 信息的加工

1、從算籌算盤到計算機從算籌算盤到計算機目錄1電子計算機的誕生2計算機的發(fā)展歷程3人類最初用手指進行計算。人有兩只手，十個手指頭，所以，自然而然地習慣用手指記數并采用十進制記數法。用手指進行計算雖然很方便，但計算范圍有限，計算結果也無法存儲。于是人們用繩子、石子等作為工具來延長手指的計算能力，如中國古書中記載的“上古結繩而治”，拉丁文中“Calculus”的本意是用于計算的小石子。 最原始的人造計算工具是算籌，我國古代勞動人民最先創(chuàng)造和使用了這種簡單的計算工具。算籌最早出現在何時，現在已經無法考證，但在春秋戰(zhàn)國時期，算籌使用的已經非常普遍了。根據史書的記載，算籌是一根根同樣長短和粗細的小棍子，一般

2、長為1314cm，徑粗0.20.3cm，多用竹子制成，也有用木頭、獸骨、象牙、金屬等材料制成的，如圖1所示。算籌采用十進制記數法，有縱式和橫式兩種擺法，這兩種擺法都可以表示1、2、3、4、5、6、7、8、9九個數字，數字0用空位表示，如圖2所示。算籌的記數方法為：個位用縱式，十位用橫式，百位用縱式，千位用橫式，這樣從右到左，縱橫相間，就可以表示任意大的自然數了。 算籌LOREM IP算盤LOREM IP 納皮爾算籌LOREM IP手動式計算工具計算工具發(fā)展史上的第一次重大改革是算盤，也是我國古代勞動人民首先創(chuàng)造和使用的。算盤由算籌演變而來，并且和算籌并存競爭了一個時期，終于在元代后期取代了算籌

3、。算盤輕巧靈活、攜帶方便，應用極為廣泛，先后流傳到日本、朝鮮和東南亞等國家，后來又傳入西方。算盤采用十進制記數法并有一整套計算口訣，例如“三下五除二”、“七上八下”等，這是最早的體系化算法。算盤能夠進行基本的算術運算，是公認的最早使用的計算工具。 1617年，英國數學家約翰納皮爾（John Napier）發(fā)明了Napier乘除器，也稱Napier算籌，如圖4所示。Napier算籌由十根長條狀的木棍組成，每根木棍的表面雕刻著一位數字的乘法表，右邊第一根木棍是固定的，其余木棍可以根據計算的需要進行拼合和調換位置。Napier算籌可以用加法和一位數乘法代替多位數乘法，也可以用除數為一位數的除法和減法

4、代替多位數除法，從而大大簡化了數值計算過程。 1621年，英國數學家威廉奧特雷德（William Oughtred）根據對數原理發(fā)明了圓形計算尺，也稱對數計算尺。對數計算尺在兩個圓盤的邊緣標注對數刻度，然后讓它們相對轉動，就可以基于對數原理用加減運算來實現乘除運算。17世紀中期，對數計算尺改進為尺座和在尺座內部移動的滑尺。18世紀末，發(fā)明蒸汽機的瓦特獨具匠心，在尺座上添置了一個滑標，用來存儲計算的中間結果。對數計算尺不僅能進行加、減、乘、除、乘方、開方運算，甚至可以計算三角函數、指數函數和對數函數，它一直使用到袖珍電子計算器面世。即使在20世紀60年代，對數計算尺仍然是理工科大學生必須掌握的基

5、本功，是工程師身份的一種象征。圖5所示是1968年由上海計算尺廠生產的對數計算尺。 1. 手動式計算工具 帕斯卡加法器LOREM IP萊布尼茨四則運算器LOREM IP 巴貝奇差分機LOREM IP機械式計算工具17世紀，歐洲出現了利用齒輪技術的計算工具。1642年，法國數學家帕斯卡（Blaise Pascal）發(fā)明了帕斯卡加法器，這是人類歷史上第一臺機械式計算工具，其原理對后來的計算工具產生了持久的影響。如圖6所示，帕斯卡加法器是由齒輪組成、以發(fā)條為動力、通過轉動齒輪來實現加減運算、用連桿實現進位的計算裝置。帕斯卡從加法器的成功中得出結論：人的某些思維過程與機械過程沒有差別，因此可以設想用機

6、械來模擬人的思維活動。 德國數學家萊布尼茨（G .W .Leibnitz）發(fā)現了帕斯卡一篇關于“帕斯卡加法17世紀，歐洲出現了利用齒輪技術的計算工具。1642年，法國數學家帕斯卡（Blaise Pascal）發(fā)明了帕斯卡加法器，這是人類歷史上第一臺機械式計算工具，其原理對后來的計算工具產生了持久的影響。如圖6所示，帕斯卡加法器是由齒輪組成、以發(fā)條為動力、通過轉動齒輪來實現加減運算、用連桿實現進位的計算裝置。帕斯卡從加法器的成功中得出結論：人的某些思維過程與機械過程沒有差別，因此可以設想用機械來模擬人的思維活動。 德國數學家萊布尼茨（G .W .Leibnitz）發(fā)現了帕斯卡一篇關于“帕斯卡加法

7、器”的論文，激發(fā)了他強烈的發(fā)明欲望，決心把這種機器的功能擴大為乘除運算。1673年，萊布尼茨研制了一臺能進行四則運算的機械式計算器，稱為萊布尼茲四則運算器，如圖7所示。這臺機器在進行乘法運算時采用進位-加（shift-add）的方法，后來演化為二進制，被現代計算機采用。器”的論文，激發(fā)了他強烈的發(fā)明欲望，決心把這種機器的功能擴大為乘除運算。1673年，萊布尼茨研制了一臺能進行四則運算的機械式計算器，稱為萊布尼茲四則運算器，如圖7所示。這臺機器在進行乘法運算時采用進位-加（shift-add）的方法，后來演化為二進制，被現代計算機采用。 1822年，巴貝奇開始研制差分機，專門用于航海和天文計算，

8、在英國政府的支持下，差分機歷時10年研制成功，這是最早采用寄存器來存儲數據的計算工具，體現了早期程序設計思想的萌芽，使計算工具從手動機械躍入自動機械的新時代。2. 機械式計算工具計算機系統(tǒng)由計算機硬件和計算機軟件構成，計算機硬件是指構成計算機系計算機系統(tǒng)由計算機硬件和計算機軟件構成，計算機硬件是指構成計算機系統(tǒng)的所有物理器件（集成電路、電路板以及其他磁性元件和電子元件等）、統(tǒng)的所有物理器件（集成電路、電路板以及其他磁性元件和電子元件等）、部件和設備（控制器、運算器、存儲器、輸入輸出設備等）的集合，計算機部件和設備（控制器、運算器、存儲器、輸入輸出設備等）的集合，計算機軟件是指用程序設計語言編寫

9、的程序，以及運行程序所需的文檔、數據的集軟件是指用程序設計語言編寫的程序，以及運行程序所需的文檔、數據的集合。自計算機誕生之日起，人們探索的重點不僅在于建造運算速度更快、處合。自計算機誕生之日起，人們探索的重點不僅在于建造運算速度更快、處理能力更強的計算機，而且在于開發(fā)能讓人們更有效地使用這種計算設備的理能力更強的計算機，而且在于開發(fā)能讓人們更有效地使用這種計算設備的各種軟件。各種軟件。1. 計算機硬件的發(fā)展簡史計算機硬件的發(fā)展簡史 計算機硬件的發(fā)展以用于構建計算機硬件的元器件的發(fā)展為主要特征，而計算機硬件的發(fā)展以用于構建計算機硬件的元器件的發(fā)展為主要特征，而元器件的發(fā)展與電子技術的發(fā)展緊密相

10、關，每當電子技術有突破性的進展，元器件的發(fā)展與電子技術的發(fā)展緊密相關，每當電子技術有突破性的進展，就會導致計算機硬件的一次重大變革。因此，計算機硬件發(fā)展史中的就會導致計算機硬件的一次重大變革。因此，計算機硬件發(fā)展史中的“代代”通常以其所使用的主要器件，即電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電通常以其所使用的主要器件，即電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路來劃分。路和超大規(guī)模集成電路來劃分。3. 計算機發(fā)展簡史世界上第一臺計算機：1946年，美國賓夕法尼亞大學研制出世界上第一臺大型數字電子計算機，它的名字叫ENIAC（埃尼阿克）。它用了18000多個電子管，1500多個繼電器，每小時消耗電150度，每秒運算5000多次，占地167平方米，重量達30多噸。并且主要缺點是計算機不能自動、連續(xù)地讀取、執(zhí)行程序。 LOREM IPSUM DOLORLorem ipsum dolor sit amet, c