第一講、計算機發(fā)展歷史

大學計算機基礎(chǔ)

授課人：李春翔副教授信息科學與工程學院課程中心：

搜索“大學計算機基礎(chǔ)”信息技術(shù)與計算機信息技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)微電子技術(shù)課程介紹一門稱為“怎么像計算機科學家一樣思維”的課程，面向所有專業(yè)，而不僅僅是計算機科學專業(yè)的學生

目標一：掌握使用計算機使用的基本技能目標二：了解計算思維目標三：掌握基本的可視化程序設(shè)計方法和基本的數(shù)據(jù)庫知識及應用廢柴聯(lián)盟出品計算思維舉例問題：求1～100的累計和。

根據(jù)已有的知識，可以用“1+2+……+100”來求解，但顯然很繁瑣。

sum=1+2+3+……+100現(xiàn)在換個思路來考慮：首先設(shè)置一個累計器sum，其初值為0，利用sum=sum+i來計算（i依次取1、2、……、100），只要解決以下3個問題即可：（1）將i的初值置為1；

（2）每執(zhí)行1次“sum=sum+i”后，i增1；

（3）當n增到101時，停止計算。此時，sum的值就是1～100的累計和。上面介紹的解題思維即是典型的計算思維方法---迭代方法，也叫循環(huán)問題：求1～100的累計和它是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運行改良乃至終結(jié)廢棄的生命全過程CDIO工程教育理念就是要以這個全過程為載體培養(yǎng)學生的工程能力，其能力不僅包括學科知識，而且包括學生的終身學習能力、團隊交流能力和在企業(yè)和社會環(huán)境下的構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行能力什么是CDIO？CDIO構(gòu)思（Conceive）設(shè)計（Design）實施（Implement）運行（Operate）課程意義開拓視野：從信息技術(shù)的角度去看待世界通識學習：一個人可以主修英語或者數(shù)學，接著從事各種各樣的職業(yè)。計算機科學也一樣。一個人可以主修計算機科學，接著從事醫(yī)學、法律、商業(yè)、政治，以及任何類型的科學和工程，甚至藝術(shù)工作基本技能：你會寫公文嗎？會做ppt嗎？課程意義開拓視野掌握技能獲得知識教學方式大班上課32學時（教室）小班討論16學時（交互式教室）上機實踐16學時（交互式教室）考核方式總成績平時作業(yè)和點到上機實驗期中考期末考課程內(nèi)容

計算機科學概論VB程序設(shè)計數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)1.1計算機的史前時代1.2機械式計算機1.3從機械到電子的進程1.4電子計算機發(fā)展歷史1.5奠定計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想1.6計算機發(fā)展趨勢及新技術(shù)1.7小結(jié)第1章計算機發(fā)展歷史14大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.1

計算機的史前時代1.1.1石頭計算到算盤公元前3000年的古埃及人用結(jié)繩來記錄土地面積和收獲的谷物公元前2000年的美索不達米亞人用泥板計數(shù)公元500年前，南北朝數(shù)學家祖沖之就是用算籌計算出圓周率值介于3.1415926和3.1415927之間。15大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.1

計算機的史前時代1.1.1石頭計算到算盤珠算被稱為我國“第五大發(fā)明”，最早記錄于漢朝人徐岳撰寫的《數(shù)術(shù)記遺》一書里。算圣劉洪及其發(fā)明的珠算盤。16大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.1計算機的史前時代1.1.2計算尺和計算器納皮爾算籌(Napier’sbones)1612年發(fā)明，可做乘法運算JohnNapier(1550-1617)英國的約翰·納皮爾17大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.1計算機的史前時代1.1.2計算尺和計算器英國的威廉·奧卻德(WilliamOughtred)的圓形計算尺，可做乘除運算風靡18－19世紀的計算尺，由蒸汽機發(fā)明人瓦特改造而來，能做加減乘除、乘方、開方、三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)1.計算尺18大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.1計算機的史前時代1.1.2計算尺和計算器2.計算器Casio14-A1957年發(fā)明一款普通的袖珍電子計算器1.1計算機的史前時代1.2機械式計算機1.3從機械到電子的進程1.4電子計算機發(fā)展歷史1.5奠定計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想1.6計算機發(fā)展趨勢及新技術(shù)1.7小結(jié)第1章計算機發(fā)展歷史20大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.2機械式計算機1.2.1契克卡德計算機1960年，根據(jù)示意圖重新制作的契克卡德計算機：能做6位數(shù)加減法，機器上部附加一套“納皮爾算籌”，因此也能進行乘除運算。威廉·契克卡德于1623年制造了第一臺機械式計算機。WilhelmSchickard(1592-1635)21大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.2機械式計算機1.2.2帕斯卡加法機1642年發(fā)明：能自動進行加減運算BlaisePascal(1623–1662)布萊斯·帕斯卡

法國數(shù)學家、物理學家、思想家22大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.2機械式計算機1.2.3萊布尼茲乘法機1674年。這是第一臺可以運行完整四則運算的計算機，整個機器由一套齒輪系統(tǒng)傳動。【公元1700年左右，萊布尼茨從一位友人送給他的中國“易圖”（八卦）里受到啟發(fā)，率先提出了二進制的運算法則?！縂ottfriedLeibniz(1646–1716)戈特費里德·萊布尼茲23大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.2機械式計算機1.2.3萊布尼茲乘法機陰用斷續(xù)線條“”表示、陽用連續(xù)線條“—”表示，兩種線條的重疊形成四象、八卦、六十四卦。陰陽是兩儀、兩儀生四象、四象生八卦、八八六十四卦24大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.2機械式計算機1.2.5差分機和分析機現(xiàn)代計算機奠基人——查爾斯·巴貝奇CharlesBabbage(1791-

1871)1822年發(fā)明差分機，差分機設(shè)計閃爍出了程序控制的靈光──它能夠按照設(shè)計者的旨意，自動處理不同函數(shù)的計算過程。計算精度是六位小數(shù)。25大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.2機械式計算機1.2.5差分機和分析機世界上第一位程序員——奧古斯塔·艾達·拜倫。她編制的三角函數(shù)的程序、級數(shù)相乘程序、伯努利函數(shù)程序等等，即使到了今天，電腦軟件界仍然不敢輕易改動一條指令。AugustaAdaByron(1815-1852)后人根據(jù)巴貝奇圖紙制造的“分析機”--通用的數(shù)學計算機1834年，巴貝奇提出通用計算機“分析機”構(gòu)想，直至他去世也未制成。1.1計算機的史前時代1.2機械式計算機1.3從機械到電子的進程1.4電子計算機發(fā)展歷史1.5奠定計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想1.6計算機發(fā)展趨勢及新技術(shù)1.7小結(jié)第1章計算機發(fā)展歷史27大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.3從機械到電子的進程1.3.1穿孔制表機HermanHollerith(1860-1929)美國著名統(tǒng)計專家——赫爾曼·霍列瑞斯1888年，霍列瑞斯發(fā)明的自動制表機，首次將穿孔卡技術(shù)應用于計算機輸入。這不是通用計算機，除了能統(tǒng)計數(shù)據(jù)表格外，幾乎沒有別的用途。28大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.3從機械到電子的進程1.3.2電子文明的曙光——電子二極管、三極管JohnFleming(1848-1945)1904年，英國約翰·弗萊明發(fā)明真空二極管LeeDeForest(1873-1961)1906年，美國人李·德·福雷斯特發(fā)明能起放大作用的真空三極管。29大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.3從機械到電子的進程1.3.3沖擊最后的技術(shù)壁壘1.Z系列計算機KonradZuse(1910-1995)數(shù)字計算機之父——克蘭德·楚澤1945年發(fā)明，德國博物館中存放的Z4計算機，使用了若干繼電器，穿孔卡，30大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.3從機械到電子的進程1.3.3沖擊最后的技術(shù)壁壘2.MARK系列計算機HowardAiken(1900-1973)MARK系列計算機發(fā)明人——霍華德·艾肯1944年發(fā)明，MARK-I，裝備了3000多個繼電器31大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.3從機械到電子的進程1.3.3沖擊最后的技術(shù)壁壘2.MARK系列計算機計算機軟件之母——GraceHopper(1906-1992)(a)一本介紹格蕾斯·霍波博士的書(b)海軍軍官霍波——攝于1984年保存在霍波筆記本中的第一個“bug”1.1計算機的史前時代1.2機械式計算機1.3從機械到電子的進程1.4電子計算機發(fā)展歷史1.5奠定計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想1.6計算機發(fā)展趨勢及新技術(shù)1.7小結(jié)第1章計算機發(fā)展歷史33大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.1電子管計算機1.第一臺電子計算機的誕生ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）：1946年2月14日，誕生使用弗萊明、德福雷斯特發(fā)明的電子管作為主要元件34大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.1電子管計算機1.第一臺電子計算機的誕生ENIAC的指標：

每秒5000次加法

17468個電子管7200個二極管、70000個電阻器、10000個電容器、6000個繼電器

占地170平方米

總重量30噸

耗電174KWENIAC兩位設(shè)計者

——莫契利和?？颂谽NIAC博物館中的部分器件35大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.2晶體管計算機1.晶體管的誕生1947年，晶體管誕生。晶體管的三位發(fā)明人威廉·肖克利約翰·巴丁沃爾特·布拉坦36大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.2晶體管計算機1.晶體管的誕生晶體管與電子管的比較：體積比電子管小很多耗電大大降低穩(wěn)定性有很大提高電子管實物晶體管實物1955年，貝爾實驗室使用800只晶體管組裝了世界上第一臺晶體管計算機TRADIC。(TransistorDigitalComputer)37大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.3集成電路計算機1.集成電路的誕生1959年，集成電路宣告誕生。1958年9月12日，杰克·基爾比（JackKilby）完成了他的集成電路設(shè)計。

1959年7月30日，羅伯特·諾伊斯（RobortNoyce）制出更新型的集成電路。他后來創(chuàng)辦了大名鼎鼎的英特爾（Intel）公司。杰克·基爾比羅伯特·諾伊斯38大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.3集成電路計算機1.集成電路的誕生集成電路與晶體管的比較：晶體管實物集成電路實物1964年4月7日，IBM360計算機問世。IBM公司首次提出了系列機的概念，圓滿地解決了計算機的兼容問題39大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.4大規(guī)模集成電路計算機1.微處理器的出現(xiàn)1971年，Intel公司制作了第一塊微處理器芯片4004，將CPU（CentralProcessingUnit，中央處理器）集成在一塊芯片上。第一塊微處理器芯片Intel4004及其發(fā)明人特德·霍夫，此芯片比硬幣還小，但集成了2250個晶體管。40大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.4大規(guī)模集成電路計算機2.微型計算機(1)第一臺微型機：Altair88001975年，由微型儀器與自動測量系統(tǒng)公司（MITS）推出。(2)PC機：PersonalComputer1981年，IBM公司正式推出了全球第一臺個人計算機——IBMPC。該機采用主頻4.77MHz的Intel8088微處理器，運行Microsoft公司專門為IBMPC開發(fā)的MS-DOS操作系統(tǒng)。第一臺微型計算機——Altair8800第一臺個人計算機——IBMPC41大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.4大規(guī)模集成電路計算機2.微型計算機比爾·蓋茨（BillGates）在哈佛大學學習期間就為第一臺微型計算機Altair8800開發(fā)了BASIC編程語言。1975年，年僅20的蓋茨與好友保羅·艾倫(PaulAllen)共同創(chuàng)建了Microsoft公司。1981年誕生的IBMPC機選用Microsoft公司的MS-DOS作為操作系統(tǒng)，隨著PC機的風行，Microsoft公司逐漸成為世界第一大微機軟件開發(fā)商。比爾·蓋茨保羅·艾倫42大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.5第五代計算機人們普遍認為新一代計算機應該是智能型的，它能模擬人的智能行為，理解人類自然語言，并繼續(xù)向著微型化、網(wǎng)絡化發(fā)展。綜合起來大概有以下幾個研究方向。人工智能計算機激光計算機超導計算機生物晶體計算機（DNA計算機）量子計算湖南大學超級計算機中心千萬億次計算能力的超級計算中心手動式計算工具20世紀60年代計算工具的發(fā)展簡史（時間表）機械式計算工具1642年1886年機電式計算機20世紀30年代電子計算機元代1300年算盤遠古1832年分析機計算器45大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.4電子計算機發(fā)展歷史1.4.6總結(jié)起止年代主要元件主要元件圖例速度（次/秒）特點與應用領(lǐng)域第一代1946年～20世紀50年代末電子管5千～1萬次體積巨大，運算速度較低，耗電量大，存儲容量??；主要用來進行科學計算第二代20世紀50年代中～20世紀60年代中晶體管幾萬～幾十萬次體積減少，耗電較少，運算速度較高，價格下降；不僅用于科學計算，還用于數(shù)據(jù)處理和事務管理，并逐漸用于工業(yè)控制第三代20世紀60年代中～20世紀70年代初中、小規(guī)模集成電路幾十萬～幾百萬次體積、功耗進一步減少，可靠性和速度進一步提高；應用領(lǐng)域進一步拓展到文字處理、企業(yè)管理、自動控制、城市交通管理等方面第四代20世紀70年代初～至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路幾千萬～幾百萬億次性能大幅度提高，價格大幅度下降，廣泛應用于社會生活的各個方面，進入辦公室和家庭；在辦公室自動化、電子編輯排版、數(shù)據(jù)庫管理、圖像識別、語音識別、專家系統(tǒng)等領(lǐng)域中大顯身手摩爾定律

'你的手機運算能力相當于阿波羅登月時NASA所有計算機運算能力的總和。但NASA把人類發(fā)射到了月球，你卻發(fā)射小鳥去砸豬'

作業(yè)一1、我與it:過去、現(xiàn)在、和將來2、請欣賞一部與人工智能的電影，寫出觀后感（推薦《人工智能》、《黑客帝國》、《源代碼》）正確答案：A1.美國賓夕法尼亞大學1946年研制成功了一臺大型通用數(shù)字電子計算機(

)。

(A)ENIAC

(B)Z3

(C)IBMPC

(D)Pentium課堂小練習正確答案：B2.第四代計算機采用大規(guī)模和超大規(guī)模(

)作為主要電子元件。

(A)微處理器

(B)集成電路

(C)存儲器

(D)晶體管課堂小練習1.1計算機的史前時代1.2機械式計算機1.3從機械到電子的進程1.4電子計算機發(fā)展歷史1.5奠定計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想1.6計算機發(fā)展趨勢及新技術(shù)1.7小結(jié)第1章計算機發(fā)展歷史51大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想邏輯代數(shù)創(chuàng)始人，英國數(shù)學家——喬治·布爾(GeorgeBoole，1815-1864)1.5.1布爾及邏輯代數(shù)布爾建立了一門新的數(shù)學學科——邏輯代數(shù)，也稱布爾代數(shù)。它為百年后出現(xiàn)的數(shù)字計算機開關(guān)電路設(shè)計提供了最重要的數(shù)學方法和理論基礎(chǔ)。52大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想信息論創(chuàng)始人，美國科學家——

克勞德·香農(nóng)(ClaudeShannon，1916-2001)1.5.2香農(nóng)及計算機開關(guān)電路1938年，克勞德.香農(nóng)首次闡述了如何將布爾代數(shù)運用于邏輯電路，奠定了現(xiàn)代電子計算機開關(guān)電路的理論基礎(chǔ)。香農(nóng)是信息論的奠基人。53大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想1.5.3圖靈、圖靈機及圖靈測試

圖靈是計算機邏輯的奠基者計算機與人工智能之父，英國數(shù)學家、邏輯學家——阿蘭·圖靈（AlanTuring，1912-1954）54大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5.3圖靈、圖靈機及圖靈測試1.圖靈機1936年提出著名的“圖靈機(TuringMachine)”的設(shè)想。1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想圖靈機模型示意圖55大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5.3圖靈、圖靈機及圖靈測試2.圖靈測試

1950年10月，圖靈第一次提出“機器思維”的概念。提出一假想：一個人在不接觸對方的情況下，通過一種特殊的方式，和對方進行一系列的問答，如果在相當長時間內(nèi)，他無法根據(jù)這些問題判斷對方是人還是計算機，那么，就可以認為這個計算機具有同人相當?shù)闹橇?，即這臺計算機是能思維的。這就是著名的“圖靈測試”（TuringTesting）。

1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想56大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5.3圖靈、圖靈機及圖靈測試3.圖靈獎為紀念圖靈對計算機領(lǐng)域做出的巨大貢獻，國際計算機協(xié)會(AssociationforComputingMachinery，ACM)于1966年開始設(shè)立圖靈獎(TuringAward)，有“計算機界諾貝爾獎”之稱。首位華人獲獎者——2000年圖靈獎得主，姚期智首位女性獲獎者——2006年圖靈獎得主，法蘭西斯·艾倫1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想姚期智法蘭西斯·艾倫(FrancesAllen)57大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想被“遺忘”的電子計算機之父

——約翰·阿塔納索夫（JohnAtanasoff，1903-1995）存放在衣阿華州立大學的ABC計算機(Atanasoff-BerryComputer)1.5.4阿塔納索夫及ABC計算機在計算機發(fā)展史上，有一位被“遺忘”的電子計算機之父——約翰·阿塔納索夫。他先于ENIAC制成一臺試驗樣機，可惜沒被所在的依阿華大學重視，既沒有給予足夠的投資，也沒申請專利，而后一直擱置在衣阿華大學物理樓的儲存室里。58大學計算機基礎(chǔ)——計算機科學概論1.5.6馮·諾伊曼及馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)1.5奠定現(xiàn)代計算機理論基礎(chǔ)的重要人物和思想現(xiàn)代電子計算機之父——馮·諾伊曼

采用二進制，不但數(shù)據(jù)采用二進制，指令也采用二進制；

計算機由5部分構(gòu)成：運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出裝置；

程序由指令組成并和數(shù)據(jù)一起存放在存儲器中，機器按程序指定的邏輯順序，把指令從存儲器中讀出來并逐條執(zhí)行，從而自動完成程序