計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程課件

第一章緒論

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程

1.2計(jì)算機(jī)與信息社會(huì)

1.3信息素養(yǎng)及其培養(yǎng)docin/sundae_meng第一章緒論

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程

1.2計(jì)算機(jī)1.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生

在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)問(wèn)世之前，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械計(jì)算機(jī)、機(jī)電計(jì)算機(jī)和萌芽期的電子計(jì)算機(jī)3個(gè)階段。1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生

在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)問(wèn)世之前，計(jì)算機(jī)的發(fā)1．機(jī)械計(jì)算機(jī)

從17世紀(jì)到19世紀(jì)中期長(zhǎng)達(dá)200多年的時(shí)間里，一批杰出的科學(xué)家相繼進(jìn)行了機(jī)械計(jì)算機(jī)的研制，其中的代表人物有帕斯卡（BlaisePascal）、萊布尼茨（GottfriedLeibniz）和巴貝奇（CharlesBabbage）。1．機(jī)械計(jì)算機(jī)

從17世紀(jì)到19世紀(jì)中期長(zhǎng)達(dá)200多年的時(shí)間

1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家帕斯卡采用與鐘表類(lèi)似的齒輪傳動(dòng)裝置，制成了最早的十進(jìn)制加法機(jī)。

德國(guó)著名的數(shù)學(xué)家萊布尼茲于1673年發(fā)明了乘法機(jī)，這是第一臺(tái)可以運(yùn)行完整的四則運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。

1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家帕斯卡采用與鐘表類(lèi)似的齒輪傳動(dòng)裝置，

英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝齊在1822年發(fā)明差分機(jī)，專(zhuān)門(mén)用于航海和天文計(jì)算。這是最早采用寄存器（齒輪式裝置）來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)，體現(xiàn)了早期程序設(shè)計(jì)思想的萌芽。1834年，巴貝奇設(shè)計(jì)了一種程序控制的通用分析機(jī)。

英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝齊在1822年發(fā)明差分機(jī)，專(zhuān)門(mén)用于航海和天文2．機(jī)電計(jì)算機(jī)

1938年，德國(guó)科學(xué)家祖思（KonradZuse）制造出一臺(tái)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的Z-1計(jì)算機(jī)，這是第一臺(tái)采用二進(jìn)制的計(jì)算機(jī)。

1944年，美國(guó)科學(xué)家艾肯（HowardAiken）在IBM公司（InternationalBusinessMachine）的支持下，研制成功機(jī)電計(jì)算機(jī)MARK-Ⅰ。2．機(jī)電計(jì)算機(jī)

1938年，德國(guó)科學(xué)家祖思（KonradZ3.萌芽期的電子計(jì)算機(jī)

1939年，阿塔納索夫（JohnV.Atanasoff）和他的學(xué)生貝瑞（CliffordE.Berry）還設(shè)計(jì)并試制數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的樣機(jī)“ABC計(jì)算機(jī)”（Atanasoff-BerryComputer），但未能完工。ABC計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，有些科學(xué)史學(xué)家認(rèn)為，如果ABC機(jī)當(dāng)時(shí)能正式制造出來(lái)，那將是世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。3.萌芽期的電子計(jì)算機(jī)4．電子計(jì)算機(jī)的誕生

1946年2月15日是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上值得紀(jì)念的一個(gè)日子。這一天在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院舉行了人類(lèi)歷史上第一臺(tái)通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的揭幕典禮。這臺(tái)機(jī)器名為“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，ENIAC）是世界上第一臺(tái)真正意義上的通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。它的問(wèn)世，標(biāo)志著人類(lèi)計(jì)算工具發(fā)生了歷史性的變革，人類(lèi)從此進(jìn)入了電子計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。4．電子計(jì)算機(jī)的誕生

1946年2月15日是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上5．計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的形成馮·諾伊曼的存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案——電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，EDVAC)方案1834年巴貝奇設(shè)計(jì)的分析機(jī)就有了今天計(jì)算機(jī)的雛形。圖靈機(jī)和圖靈測(cè)試。5．計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的形成

1.1.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1．第1代電子計(jì)算機(jī)（1946年~1958年）

1946年，ENIAC的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)發(fā)展的新紀(jì)元。EDVAC設(shè)計(jì)方案，為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基石，從此計(jì)算機(jī)進(jìn)入現(xiàn)代階段。1952年，EDVAC正式投入運(yùn)行。

1.1.2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展1951年6月，莫奇利和?？颂卦俣群献鳎兄瞥晒NIVAC-Ⅰ計(jì)算機(jī)，被美國(guó)人口普查部門(mén)用于人口普查。這是第一臺(tái)商用計(jì)算機(jī)。

第一代計(jì)算機(jī)的主要特征是采用電子管作為計(jì)算機(jī)的邏輯元件，其主存儲(chǔ)器采用磁鼓、磁芯，外存儲(chǔ)器采用磁帶、紙帶、卡片等。存儲(chǔ)容量只有幾千字節(jié)、運(yùn)算速度為每秒幾千次。主要使用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序。這一代的計(jì)算機(jī)體積大、價(jià)格高、維修困難，使用也不方便，只在軍事或科學(xué)研究部門(mén)使用，主要用于科學(xué)計(jì)算。1951年6月，莫奇利和?？颂卦俣群献?，研制成功UNIVAC

2．第2代電子計(jì)算機(jī)（1958年~1964年）

1958年，計(jì)算機(jī)進(jìn)入了使用晶體管為主要元件的第二代。

第一臺(tái)使用晶體管線路的計(jì)算機(jī)，是在1954年由美國(guó)貝爾（Bell）實(shí)驗(yàn)室研制的TRADIC計(jì)算機(jī)，在其中裝了800個(gè)晶體管。

2．第2代電子計(jì)算機(jī)（1958年~1964年）

1958年1958年，IBM公司制成了第一臺(tái)全部使用晶體管的計(jì)算機(jī)RCA501，從而宣告計(jì)算機(jī)進(jìn)入了第二代的發(fā)展階段。1959年，IBM公司又生產(chǎn)出全部晶體管化的電子計(jì)算機(jī)IBM7090。IBM7090型計(jì)算機(jī)從1960年到1964年一直統(tǒng)治著科學(xué)計(jì)算的領(lǐng)域，并作為第二代計(jì)算機(jī)的典型代表，被載入計(jì)算機(jī)發(fā)展的史冊(cè)。

第二代計(jì)算機(jī)全部采用晶體管作為邏輯元件，其主存儲(chǔ)器使用磁芯，外存儲(chǔ)器使用磁帶、磁盤(pán)。在軟件方面開(kāi)始使用FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級(jí)語(yǔ)言。這一代計(jì)算機(jī)不僅用于科學(xué)計(jì)算，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理及工業(yè)控制。相對(duì)第一代計(jì)算機(jī)，這一代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度更高、體積更小、功能更強(qiáng)。1958年，IBM公司制成了第一臺(tái)全部使用晶體管的計(jì)算機(jī)RC3．第3代電子計(jì)算機(jī)（1964年~1970年）

1958年，美國(guó)物理學(xué)家基爾比（JackKilby）和諾伊斯（RobertNoyce）同時(shí)發(fā)明集成電路。集成電路的問(wèn)世促使計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代。1964年4月，最早采用集成電路的通用計(jì)算機(jī)系列IBM360問(wèn)世，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)進(jìn)入了第三代——集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代。集成電路的可靠性更高，功耗更少，體積也更為微小，使得計(jì)算機(jī)的造價(jià)大幅度降低，計(jì)算機(jī)的性能也有了極大的飛躍。3．第3代電子計(jì)算機(jī)（1964年~1970年）

1958年，第三代計(jì)算機(jī)是以中、小規(guī)模集成電路為邏輯元件，其主存儲(chǔ)器開(kāi)始逐漸采用半導(dǎo)體元件，存儲(chǔ)容量可達(dá)幾兆字節(jié)，運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn)次。體積進(jìn)一步變小、成本進(jìn)一步降低，同時(shí)性能進(jìn)一步提高。在軟件方面，操作系統(tǒng)開(kāi)始使用，使計(jì)算機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)。正是從第三代計(jì)算機(jī)時(shí)代起，計(jì)算機(jī)進(jìn)入普及階段，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制、教育等各個(gè)方面。第三代計(jì)算機(jī)是以中、小規(guī)模集成電路為邏輯元件，其主存儲(chǔ)器開(kāi)始4．第4代電子計(jì)算機(jī)（1971年至今）

在20世紀(jì)70年代初期，隨著大規(guī)模集成電路（LargeScaleIntegration，LSI）和超大規(guī)模集成電路（VeryLargeScaleIntegration，VLSI）的應(yīng)用，電子計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到第四代。在第四代計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，一個(gè)值得注意的發(fā)展趨勢(shì)是計(jì)算機(jī)微型化、巨型化、多媒體化和網(wǎng)絡(luò)化。4．第4代電子計(jì)算機(jī)（1971年至今）

在20世紀(jì)70年代初第4代計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要標(biāo)志是微處理器和微型計(jì)算機(jī)的誕生。1971年，美國(guó)英特爾（Intel）公司推出了第一個(gè)微處理器芯片Intel4004，以這類(lèi)微處理器為核心的電子計(jì)算機(jī)就是微型計(jì)算機(jī)。1981年，IBM公司推出第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)IBMPC，由此開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)歷史的新篇章，也確立了其在微機(jī)領(lǐng)域的霸主地位。第4代計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要標(biāo)志是微處理器和微型計(jì)算機(jī)的誕生。19高性能計(jì)算機(jī)的誕生也是第四代計(jì)算機(jī)的一個(gè)引人注目的成就。1975年，美國(guó)CRAY公司研制成功巨型計(jì)算機(jī)CRAY-Ⅰ，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)絕無(wú)僅有的超高速——每秒1億次運(yùn)算。2019年11月，IBM公司制造的BlueGene/L超級(jí)計(jì)算機(jī)成為全球運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度達(dá)每秒70.72萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。2019年6月，由IBM公司制造、安裝于美國(guó)能源部洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LosAlamosNationalLaboratory，LANL）的Roadrunner（走鵑）超級(jí)計(jì)算機(jī)成為首臺(tái)超過(guò)每秒千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算速度的計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度達(dá)到每秒1.026千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。

高性能計(jì)算機(jī)的誕生也是第四代計(jì)算機(jī)的一個(gè)引人注目的成就。19我國(guó)在高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)方面也取得了重要進(jìn)展。1983年12月在中國(guó)計(jì)算機(jī)工業(yè)史上具有劃時(shí)代的意義，國(guó)防科技大學(xué)研制成功我國(guó)第一臺(tái)巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“銀河-Ⅰ”，它的向量運(yùn)算速度為每秒鐘1億次以上，存貯容量可達(dá)數(shù)百萬(wàn)字，軟件系統(tǒng)內(nèi)容豐富。中國(guó)從此跨人了世界巨型計(jì)算機(jī)的行列。1993年研制成功的“銀河-Ⅱ”計(jì)算機(jī)，每秒運(yùn)算10億次。2019年6月，“銀河一Ⅲ”研制成功，運(yùn)算速度達(dá)每秒130億次。2000年，“銀河-Ⅳ”超級(jí)計(jì)算機(jī)問(wèn)世，峰值性能達(dá)到每秒1.0647萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，其各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平，它使我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制水平再上一個(gè)新臺(tái)階。我國(guó)在高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)方面也取得了重要進(jìn)展。1983年12月20世紀(jì)80年代中期以后，國(guó)家更加重視高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制和發(fā)展，在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）中，專(zhuān)門(mén)確立了智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主題研究，該主題中的一個(gè)重要方面就是高性能計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)的研究。經(jīng)過(guò)數(shù)年的努力，該主題重點(diǎn)支持的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“曙光”系列機(jī)的研制取得了可喜的成果。國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開(kāi)發(fā)中心于1993年10月推出曙光系列機(jī)的第一個(gè)產(chǎn)品“曙光一號(hào)”，緊接著又分別推出曙光1000、曙光2000和曙光3000大規(guī)模并行系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代中期以后，國(guó)家更加重視高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制2019年6月，每秒峰值運(yùn)算速度11萬(wàn)億次的“曙光4000Ａ”超級(jí)計(jì)算機(jī)研制成功，運(yùn)算速度列當(dāng)時(shí)世界第10位。它是我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的又一重大成果。2019年11月，曙光5000A在最新一次的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排名榜中位列第10位，運(yùn)算速度達(dá)180.6萬(wàn)億次，這也是繼曙光4000A之后第二個(gè)進(jìn)入世界前10名的中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)。2019年6月，每秒峰值運(yùn)算速度11萬(wàn)億次的“曙光4000Ａ2019年為加強(qiáng)我國(guó)高端并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)中心正式掛牌成立，開(kāi)始了“神威”系列大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制。2019年神威系列機(jī)的第一代產(chǎn)品“神威-Ⅰ”巨型機(jī)落戶(hù)國(guó)家氣象局，系統(tǒng)峰值為3840億次浮點(diǎn)運(yùn)算，該機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。2019年為加強(qiáng)我國(guó)高端并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)20世紀(jì)90年代末以生產(chǎn)微機(jī)著稱(chēng)的聯(lián)想集團(tuán)，也加入了研制高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的行列。2019年由該集團(tuán)研制的運(yùn)算速度超過(guò)每秒萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算的“深騰1800”高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)誕生。它是我國(guó)第一臺(tái)由企業(yè)研制開(kāi)發(fā)的萬(wàn)億次級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)大型IT企業(yè)開(kāi)始進(jìn)入高性能計(jì)算領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)。2019年12月，聯(lián)想“深騰6800”超級(jí)計(jì)算機(jī)問(wèn)世，實(shí)際運(yùn)算速度為每秒4.183萬(wàn)億次，峰值運(yùn)算速度超過(guò)每秒5萬(wàn)億次。20世紀(jì)90年代末以生產(chǎn)微機(jī)著稱(chēng)的聯(lián)想集團(tuán)，也加入了研制高性隨著微電子、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化聲像技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，逐步形成了集文字、圖形、圖像、聲音于一體的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的結(jié)合使計(jì)算機(jī)應(yīng)用從單機(jī)走向網(wǎng)絡(luò)，由獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)走向互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。此外，讓計(jì)算機(jī)具有推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想等智能行為，是人們追求的目標(biāo)。

與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的發(fā)展想適應(yīng)，計(jì)算機(jī)軟件也得到了飛速發(fā)展。操作系統(tǒng)功能不斷完善，各種開(kāi)發(fā)工具與開(kāi)發(fā)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各種應(yīng)用軟件更是層出不窮。軟件業(yè)已成為現(xiàn)代工業(yè)的一部分。隨著微電子、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化聲像技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)也得到了1.2.1計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)信息技術(shù)（InformationTechnology，IT），簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是獲取、加工、存儲(chǔ)、傳輸、表示和應(yīng)用信息的技術(shù)。信息技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的結(jié)合。信息處理就是對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、識(shí)別、分類(lèi)、加工、整理、存儲(chǔ)等。長(zhǎng)期以來(lái)，人類(lèi)主要用人腦、手工進(jìn)行信息處理工作。使用計(jì)算機(jī)才實(shí)現(xiàn)了信息處理的自動(dòng)化，才使數(shù)據(jù)處理的速度更快、效率更高。沒(méi)有計(jì)算機(jī)，就不會(huì)有現(xiàn)代信息處理技術(shù)的形成和發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為信息技術(shù)的核心技術(shù)。1.2計(jì)算機(jī)與信息社會(huì)1.2.1計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)1.2計(jì)算機(jī)與信息社會(huì)1.2.2信息技術(shù)與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系信息是人類(lèi)的一種寶貴資源，大量、有效地利用信息，是社會(huì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。信息技術(shù)為人們提供了全新的、更加有效的信息獲取、傳遞、處理和控制的手段與工具，極大地?cái)U(kuò)展了人類(lèi)信息活動(dòng)的范圍和空間，增強(qiáng)了人類(lèi)信息活動(dòng)的能力。信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大的影響，孕育、產(chǎn)生了一個(gè)有著無(wú)限發(fā)展前景的信息產(chǎn)業(yè)。信息技術(shù)的重大突破，使信息產(chǎn)業(yè)成為世界上最大的產(chǎn)業(yè)。信息技術(shù)對(duì)人們的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了巨大的影響，它正在改變著人們的工作和生活方式。1.2.2信息技術(shù)與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系1.2.3計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)的應(yīng)用

⒈數(shù)值計(jì)算

早期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。目前，科學(xué)計(jì)算仍然是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。它用于解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題。

⒉數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是指對(duì)數(shù)字、字符、文字、聲音、圖形和圖像等各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、分類(lèi)、加工、排序、檢索、打印和傳送等工作。1.2.3計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)的應(yīng)用

⒈數(shù)值計(jì)算

早期的計(jì)⒊過(guò)程控制

過(guò)程控制也稱(chēng)實(shí)時(shí)控制或自動(dòng)控制。它是指計(jì)算機(jī)對(duì)被控制對(duì)象實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)和處理，按最佳狀態(tài)來(lái)控制或調(diào)節(jié)被控對(duì)象的一種方式。

4．計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer-AidedDesign，CAD）是使用計(jì)算機(jī)來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的一門(mén)新興學(xué)科。

5．人工智能

人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是指用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的智能，使其像人一樣具備識(shí)別語(yǔ)言、文字、圖形和推理、學(xué)習(xí)及自適應(yīng)環(huán)境的能力。⒊過(guò)程控制

過(guò)程控制也稱(chēng)實(shí)時(shí)控制或自動(dòng)控制。它是指計(jì)6．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)利用通