第1章-1-計算機發(fā)展史

回首三百八十年——計算機編年簡史第一臺機械計算機1623年，德國科學家契克卡德（W.Schickard）制造了人類有史以來第一臺機械計算機，這臺機器能夠進行六位數(shù)的加減乘除運算帕斯卡與萊布尼茨1642年，法國科學家帕斯卡（B.Pascal）發(fā)明了著名的帕斯卡機械計算機，首次確立了計算機器的概念。1674年：萊布尼茨改進了帕斯卡的計算機，使之成為一種能夠進行連續(xù)運算的機器，并且提出了“二進制”數(shù)的概念。（據(jù)說這個概念來源于中國的八卦）穿孔紙帶1725年，法國紡織機械師布喬（B.Bouchon）發(fā)明了“穿孔紙帶”的構(gòu)想。1805年：法國機械師杰卡德（J.Jacquard）根據(jù)布喬“穿孔紙帶”的構(gòu)想完成了“自動提花編織機”的設計制作，在后來電子計算機開始發(fā)展的最初幾年中，在多款著名計算機中我們均能找到自動提花機的身影。第一臺差分機1822年：英國科學家巴貝奇（C.Babbage）制造出了第一臺差分機，它可以處理3個不同的5位數(shù)，計算精度達到6位小數(shù)。1834年：巴貝奇提出了分析機的概念，機器共分為三個部分：堆棧，運算器，控制器。他的助手，英國著名詩人拜倫的獨生女阿達?奧古斯塔（AdaAugusta）為分析機編制了人類歷史上第一批計算機程序。巴貝奇和他的差分機布爾（BOOlE）1847年：英國數(shù)學家布爾（G.Boole）發(fā)表著作《邏輯的數(shù)學分析》。1854年：布爾發(fā)表《思維規(guī)律的研究——邏輯與概率的數(shù)學理論基礎》，并綜合自己的另一篇文章《邏輯的數(shù)學分析》，從而創(chuàng)立了一門全新的學科－布爾代數(shù)，為百年后出現(xiàn)的數(shù)字計算機的開關電路設計提供了重要的數(shù)學方法和理論基礎。鍵盤發(fā)明1868年：美國新聞工作者克里斯托夫?肖爾斯（C.Sholes）發(fā)明了沿用至今的QWERTY鍵盤。計算器1873年：美國人鮑德溫（F.Baldwin）利用自己過去發(fā)明的齒數(shù)可變齒輪制造了第一臺手搖式計算機。1886年：美國人DorrE.Felt(1862-1930),制造了第一臺用按鍵操作的計算器。制表機與IBM1890年：美國在第12次人口普查中使用了由統(tǒng)計學家霍列瑞斯（H.Hollerith）博士發(fā)明的制表機，從而完成了人類歷史上第一次大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。此后霍列瑞斯根據(jù)自己的發(fā)明成立了自己的制表機公司，并最終演變成為IBM公司。1891年：利蘭?斯坦福與其妻子一道在靠近帕洛?阿爾托（PaloAlto）的地方開辦了面積達8，000英畝的斯坦福大學，從而為日后硅谷的誕生埋下了伏筆。1893年：德國人施泰格爾研制出一種名為“大富豪”的計算機，該計算機是在手搖式計算機的基礎上改進而來，并依靠良好的運算速度和可靠性而占領了當時的市場，直到1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)之前，這種“大富豪”計算機一直暢銷不衰。電子管1895年：英國青年工程師弗萊明（J.Fleming）通過“愛迪生效應”發(fā)明了人類第一只電子管。1911年：6月15日，美國華爾街金融投資家弗林特（C.Flent）投資霍列瑞斯的制表機公司，成立了全新的CTR公司，但公司創(chuàng)立之初并沒有涉足任何電子領域，反而生產(chǎn)諸如碎紙機或者土豆削皮機之類的產(chǎn)品。1912年：美國青年發(fā)明家德?福雷斯特（L.DeForest）在帕洛阿托小鎮(zhèn)首次發(fā)現(xiàn)了電子管的放大作用，為電子工業(yè)奠定了基礎，而今日的帕洛阿托小鎮(zhèn)也已成為硅谷的中心地帶。1913年：美國麻省理工學院教授萬?布什（V.Bush）領導制造了模擬計算機“微分分析儀”。機器采用一系列電機驅(qū)動，利用齒輪轉(zhuǎn)動的角度來模擬計算結(jié)果。1924年：硅谷之父特曼擔任斯坦福大學教授，對創(chuàng)建HP、成立斯坦福工業(yè)園區(qū)起到?jīng)Q定性作用2月，由霍列瑞斯創(chuàng)辦的制表機公司幾經(jīng)演變，最終更名為國際商用機器公司，即我們今天看到的IBM。1935年：IBM制造了IBM601穿孔卡片式計算機，該計算機能夠在一秒鐘內(nèi)計算出乘法運算。圖靈機1936年：阿蘭.圖靈發(fā)表論文《論可計算數(shù)及其在判定問題中的應用》，首次闡明了現(xiàn)代電腦原理，從理論上證明了現(xiàn)代通用計算機存在的可能性，圖靈把人在計算時所做的工作分解成簡單的動作，與人的計算類似，機器需要：（1）存儲器，用于貯存計算結(jié)果；（2）一種語言，表示運算和數(shù)字；(3)掃描；（4）計算意向，即在計算過程中下一步打算做什么；（5）執(zhí)行下一步計算。具體到一步計算，則分成：（1）改變數(shù)字可符號；（2）掃描區(qū)改變，如往左進位和往右添位等；（3）改變計算意向等。整個計算過程采用了二進位制，這就是后來人們所稱的“圖靈機”?？删幊逃嬎銠C20多歲的德國工程師楚澤（K.Zuse）研制出了機械可編程計算機Z1，并采用了二進制形式，其理論基礎即來源于布爾代數(shù)。1937年：11月，美國AT&T貝爾實驗室研究人員斯蒂比茲（G.Stibitz）制造了電磁式數(shù)字計算機“Model-K”。1938年：克勞德?艾爾伍德?香農(nóng)（ClaudeElwoodShannon）發(fā)表了著名論文《繼電器和開關電路的符號分析》，首次用布爾代數(shù)對開關電路進行了相關的分析，并證明了可以通過繼電器電路來實現(xiàn)布爾代數(shù)的邏輯運算，同時明確地給出了實現(xiàn)加，減，乘，除等運算的電子電路的設計方法。這篇論文成為開關電路理論的開端。

HP1939年：元旦，美國斯坦福大學研究生比爾?休利特（B.Hewllet）和戴維?帕卡德（D.Packard）正式簽署企業(yè)合伙協(xié)議，創(chuàng)辦了Hewllet-Packard（HP)公司，即國內(nèi)通稱的惠普公司。計算機三原則1939年9月，貝爾實驗室研制出M－1型計算機。10月，約翰.阿塔納索夫（JohnVincentAtanasoff(1903-1995)）制造了后來舉世聞名的ABC計算機的第一臺樣機，并提出了計算機的三條原則，（1）以二進制的邏輯基礎來實現(xiàn)數(shù)字運算，以保證精度；（2）利用電子技術來實現(xiàn)控制，邏輯運算和算術運算，以保證計算速度；（3）采用把計算功能和二進制數(shù)更新存貯的功能相分離的結(jié)構(gòu)。這就是著名的計算機三原則。1940年：9月，貝爾實驗室在美國達特默思大學演示M-1型機。他們用電報線把安置在校園內(nèi)的M-1型機和相連，當場把一個數(shù)學問題打印出來并傳輸?shù)郊~約，M-1型機在達特默思大學的成功表演，首次實現(xiàn)了人類對計算機進行的遠距離控制的夢想?？刂普撝妇S納提出了計算機五原則，（1）不是模擬式，而是數(shù)字式；（2）由電子元件構(gòu)成，盡量減少機械部件；（3）采用二進制，而不是十進制；（4）內(nèi)部存放計算表；（5）在計算機內(nèi)部存貯數(shù)據(jù)。1941年：楚澤完成了Z3計算機的研制工作，這是第一臺可編程的電子計算機?？商幚?位指數(shù)、14位小數(shù)。使用了大量的真空管。每秒種能作3到4次加法運算，一次乘法需要3到5秒。1942年：時任美國依阿華州立大學數(shù)學物理教授的阿塔納索夫（JohnV.Atanasoff）與研究生貝瑞（CliffordBerry）組裝了著名的ABC（Atanasoff-BerryComputer）計算機，共使用了300多個電子管，這也是世界上第一臺具有現(xiàn)代計算機雛形的計算機。但是由于美國政府正式參加第二次世界大戰(zhàn)，致使該計算機并沒有真正投入運行。巨人計算機1943年10月，綽號為“巨人”的用來破譯德軍密碼的計算機在英國布雷契萊莊園制造成功，此后又制造多臺，為第二次世界大戰(zhàn)的勝利立下了汗馬功勞。馬克1號計算機1944年：8月7日，由IBM出資，美國人霍德華?艾肯（H.Aiken）負責研制的馬克1號計算機在哈佛大學正式運行，它裝備了15萬個元件和長達800公里的電線，每分鐘能夠進行200次以上運算。女數(shù)學家格雷斯?霍波（G.Hopper）為它編制了計算程序，并聲明該計算機可以進行微分方程的求解。馬克1號計算機的問世不但實現(xiàn)了巴貝奇的夙愿，而且也代表著自帕斯卡計算機問世以來機械計算機和電動計算機的最高水平。ENIAC1946年：2月14日，美國賓西法尼亞大學摩爾學院教授莫契利（J.Mauchiy）和?？颂兀↗.Eckert）共同研制成功了ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer):計算機。這臺計算機總共安裝了17468只電子管，7200個二極管，70000多電阻器，10000多只電容器和6000只繼電器，電路的焊接點多達50萬個,機器被安裝在一排2.75米高的金屬柜里，占地面積為170平方米左右，總重量達到30噸，其運算速度達到每秒鐘5000次加法，可以在3/1000秒時間內(nèi)做完兩個10位數(shù)乘法。晶體管發(fā)明1947年：12月23號，貝爾實驗室的肖克利(WilliamB.Shockley)，布拉頓(JohnBardeen)，巴丁(WalterH.Brattain)創(chuàng)造出了世界上第一只半導體放大器件，他們將這種器件重新命名為“晶體管”半導體1959年：2月6日，來自曾開發(fā)出第一臺晶體管收音機的美國德克薩斯州儀器公司的工程師基爾比(JackKilby)在一塊半導體硅晶片上將電阻、電容等分立元件集成在里面，制成世界上第一片集成電路。并向美國專利局申報專利“半導體集成電路”。也正因為這件事，2000年的諾貝爾物理獎頒發(fā)給了已退休的基爾比。

1959年，美國仙童公司的諾伊斯用一種平面工藝制成半導體集成電路。7月30日，仙童公司向美國專利局申請專利“半導體集成電路”，從此開啟了集成電路比黃金還誘人的時代。其后，摩爾、諾宜斯、葛洛夫這三個“伙伴”離開原來的仙童公司，一起開創(chuàng)事業(yè)——籌建一家他們自已的公司。三人一致認為，最有發(fā)展?jié)摿Φ陌雽w市場是計算機存儲器芯片市場。微處理器發(fā)展第一代1971年Intel40044位2300108KHz每秒6萬次1972年Intel80088位3500基本指令周期為20～50μs第二代1974年Intel80808位60002MHzMC68008位68001976年Z808位100002.5MHz第三代1978年Intel808616位290005MHz／基本指令周期0.5μs1982年Intel8028616位13.4萬基本指令周期0.2μs第四代1985年10月8038632位27.5萬16-33MHz／3-4MIPS

1989年4月

8048632位120萬33-120MHz/41-54MIPS第五代1993.3.22Pentium32位310萬75-133MHz0.6μm1995.11.8Pentiumpro32位550萬200MHz/400MIPS第六代1997年PentiumⅡ32位700萬266MHz/400MIPS1999.2.26PentiumⅢ32位2800萬450MHz1999.2.24AMD-K6-Ⅲ32位2130萬450MHz0.25μm第七代2000.11.24Pentium432位4200萬1.4GHz0.18μmCPU性能每18個月增加一倍

晶體管數(shù)目每兩年增加一倍摩爾定律后面是什么???Itanium733/800MHzIA-64架構(gòu)McKinleyIA-64架構(gòu)MadisonIA-64架構(gòu)DeerfieldIA-64架構(gòu)PentiumⅡPentiumMMXPentiumPro80486DX280386DX802868086奔騰不息升級不止IntelPentiumⅡIntelPentiumⅢIntelPentium4AMDK6-2IntelPentium43.0GHz(2002/4)摩爾定律

晶體管數(shù)目每兩年增加一倍摩爾定律CPU性能每18個月增加一倍 2003年4月15日，英特爾公司宣布推出一款采用更高速系統(tǒng)總線和新型芯片組平臺的新型奔騰4處理器，它將顯著改善個人電腦的總體性能。新的平臺提供了更平衡的系統(tǒng)性能，因此PC系統(tǒng)工作更流暢，縮短了等候數(shù)據(jù)的時間。 首款800MHz前端總線Pentium4處理器工作頻率達到3GHz，運行于800MHz前端總線，較之前代產(chǎn)品的533MHz大幅提升266MHz，數(shù)據(jù)傳輸帶寬提升到每秒6.4GB(533MHzFSB為每秒4.2GB)，提升幅度達到50%，新款3GHzPentium4芯片的倍頻設置為15，需搭配875P或即將推出的865系列芯片組?！馡ntel歷史上的首款微處理器4004

1971年英特爾誕生了第一個微處理器——4004。該芯片其實是為Busicomcalculator專門設計制造的，但已經(jīng)可以看到個人電腦的影子在里面了。4004全家福80081974年，一本無線電雜志刊登了一種使用8008作處理器的機器，叫做“Mark-8(馬克八號)”，這也是目前已知的最早的家用電腦了。C8008、C8008-1、D8008、D8008-18080和Altair（牽牛星）1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。8085和8086——X86時代8088——IBM的PCXT配置如下：Intel8088CPU128KbRAM3.5"360kb或者720kb軟驅(qū)5MB硬盤同年9月，Motorola推出M6800016位微處理器，它因采用了68000個晶體管而得名。該處理器主要供應Apple公司的Macintosh和Atari的ST系列電腦上。后繼版本的處理器，包括68020則被使用在MacintoshII機型。802861982年，英特爾發(fā)布了80286處理器，也就是俗稱的286。這是英特爾第一個可以運行所有為其撰寫的程序的處理器，在發(fā)布后的六年中，全球一共交付了一千五百萬臺基于286的個人電腦。IBMPCAT機80286芯片集成了14.3萬只晶體管、16位字長，時鐘頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線皆為16位，地址總線24位。與8086相比，80286尋址能力達到了16MB，可以使用外存儲設備模擬大量存儲空間，從而大大擴展了80286的工作范圍，還能通過多任務硬件機構(gòu)使處理器在各種任務間來回快速切換，以同時運行多個任務，其速度比8086提高了5倍甚至更多。IBM公司將80286用在技術更為先進AT機中，與IBMPC機相比，AT機的外部總線為16位(PCXT機為8位)，內(nèi)存一般可擴展到16MB，可支持更大的硬盤，支持VGA顯示系統(tǒng)，比PCXT機在性能上有了重大的進步。803861985年，英特爾再度發(fā)力推出了80386處理器。386集成了27萬5千只晶體管，超過了4004芯片的一百倍。并且386還是英特爾第一種32位處理器，同時也是第一種具有“多任務”功能的處理器——這對微軟的操作系統(tǒng)發(fā)展有著重要的影響，所謂“多任務”就是說處理器可以在同時處理幾個程序的指令。8038680386內(nèi)部內(nèi)含27.5萬個晶體管，時鐘頻率為12.5MHz，其后又提高到20MHz、25MHz、33MHz等。80386DX的內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線也是32位，可尋址高達4GB內(nèi)存。它除具有實模式和保護模式外，還增加了一種叫虛擬模式的工作方式，可同時模擬多個8086處理器來提供多任務能力。804861989年，英特爾發(fā)布了486處理器。486處理器是英特爾非常成功的商業(yè)項目。很多廠商也看清了英特爾處理器的發(fā)展規(guī)律，因此很快就隨著英特爾的營銷戰(zhàn)而轉(zhuǎn)型成功。80486處理器集成了125萬個晶體管，時鐘頻率由25MHz逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后來的100Mhz。80486也是英特爾第一個內(nèi)部包含數(shù)字協(xié)處理器的CPU，并在x86系列中首次使用了RISC(精簡指令集)技術，從而提升了每時鐘周期執(zhí)行指令的速度。486還采用了突發(fā)總線方式，大大提高了處理器與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度。由于這些改進，80486的性能比帶有80387數(shù)學協(xié)處理器的80386快了4倍有余。80486Pentium(奔騰)1993年，英特爾發(fā)布了Pentium(奔騰)處理器。本來按照慣常的命名規(guī)律是80586，但是因為實際上“586”這樣的數(shù)字不能注冊成為商標使用，因此任何競爭對手都可以用586來混淆概念，擾亂市場。事實上在486發(fā)展末期，就已經(jīng)有公司將486等級的產(chǎn)品標識成586來銷售了。因此英特爾絕對使用自造的新詞來作為新產(chǎn)品的商標——Pentium。Pentium(奔騰)Pentium處理器集成了310萬個晶體管，最初推出的初始頻率是60MHz、66MHz，后來提升到200MHz以上。第一代的Pentium代號為P54C，其后又發(fā)布了代號為P55C，內(nèi)建MMX(多媒體指令集)的新版Pentium處理器。PentiumMMXPentiumMMX是英特爾在Pentium內(nèi)核基礎上改進而成的，其大的特點是增加了57條MMX指令。這些指令專門用來處理音視頻相關的計算，目的是提高CPU處理多媒體數(shù)據(jù)的效率。MMX指令非常成功，在之后生產(chǎn)的各型CPU都包括這些指令集。據(jù)Tom’sHardware測試，即使最慢的PentiumMMX166MHz也比Pentium200MHz普通版要快。PentiumPro1995年秋天，英特爾發(fā)布了PentiumPro處理器。PentiumPRO是英特爾首個專門為32位服務器、工作站設計的處理器，可以應用在高速輔助設計、機械引擎、科學計算等領域。英特爾在PentiumPRO的設計與制造上又達到了新的高度，總共集成了550萬個晶體管，并且整合了高速二級緩存芯片。PentiumII1997年英特爾發(fā)布了PentiumII處理器。其內(nèi)部集成了750萬個晶體管，并整合了MMX指令集技術，可以更快更流暢的播放影音Video，Audio以及圖像等多媒體數(shù)據(jù)。PentiumIIXeon(至強)1998年英特爾發(fā)布了PentiumIIXeon(至強)處理器。Xeon是英特爾引入的新品牌，取代之前所使用的PentiumPro品牌。Celeron(賽揚)處理器1999年，英特爾發(fā)布了Celeron(賽揚)處理器。簡單的說，Celeron與PentiumII并沒有本質(zhì)上的不同，因為它們的內(nèi)核是一樣的，最大的區(qū)別在于高速緩存上。PentiumIII1999年，英特爾又發(fā)布了PentiumIII處理器。從PentiumIII開始，英特爾又引入了70條新指令(SIMD，SSE)，主要用于因特網(wǎng)流媒體擴展(提升網(wǎng)絡演示多媒體流、圖像的性能)、3D、流式音頻、視頻和語音識別功能的提升。PentiumIII可以使用戶有機會在網(wǎng)絡上享受到高質(zhì)量的影片，并以3D的形式參觀在線博物館、商店等。

PentiumIII老PIII新封裝的PIIIPentiumIIIXeon1999年，英特爾還發(fā)布了PentiumIIIXeon處理器。作為PentiumIIXeon的后繼者，除了在內(nèi)核架構(gòu)上采納全新設計以外，也繼承了PentiumIII處理器新增的70條指令集，以更好執(zhí)行多媒體、流媒體應用軟件。

Pentium42000年英特爾發(fā)布了Pentium4處理器。用戶使用基于Pentium4處理器的個人電腦，可以創(chuàng)建專業(yè)品質(zhì)的影片，透過因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實時進行語音、影像通訊，實時3D渲染，快速進行MP3編碼解碼運算，在連接因特網(wǎng)時運行多個多媒體軟件。這是目前空前強大的個人電腦處理器產(chǎn)品，仍然在繼續(xù)銷售中。Pentium4處理器集成了4200萬個晶體管，到了改進版的Pentium4(Northwood)更是集成了5千5百萬個晶體管；并且開始采用0.18微米進行制造，初始速度就達到了1.5GHz(g