第2章 計算機發(fā)展史

第2章計算機發(fā)展史張凱博士教授

計算機科學(xué)技術(shù)系

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郵件：zhangkai@1946年之前古典計算機器時代1946～至今現(xiàn)代計算機時代1985年以后計算機發(fā)展的新方向——個人計算機與智能計算機計算機的發(fā)展歷史一、機械計算機

1.機械式加法機法國人帕斯卡于17世紀制造出一種機械式加法機，它成為世界上第一臺機械式計算機。

2.機械式乘法機

1672年德國人萊布尼茲發(fā)明了乘法計算機。3.差分機和分析機

英國人查爾斯·巴貝奇研制出差分機和分析機，為現(xiàn)代計算機設(shè)計思想的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在計算機發(fā)展史上，差分機和分析機占有重要的地位。分析機差分機4.手搖式機械計算機手搖計算機是1878年由一位在俄國工作的瑞典發(fā)明家奧涅爾制造的，這是一種齒數(shù)可變的齒輪計算機。德國的布龍斯維加公司，他們從1892年起投產(chǎn)，到1912年，年產(chǎn)量已高達2萬臺。圖是1936年荷蘭飛利浦公司制造的一種二進制手搖機械式計算機。5.暢銷的機械計算機

1893年，德國人施泰格爾研制出一種叫作“大富豪”的計算機。這種計算機是在法國人伯列制作的計算機基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。圖是第一臺電穿孔卡片設(shè)備，配有計數(shù)器，打孔器，接觸壓力機和分類箱。6.制表機與IBM公司

1884年，美國人赫勒里特獲得了制表機的第一項專利權(quán)。1896年，赫爾曼·赫勒里特在他的發(fā)明基礎(chǔ)上，創(chuàng)辦了當(dāng)時著名的制表機公司。

1911年，赫勒里特又組建了一家計算制表記錄公司，該公司到1924年改名為“國際商用機器公司”，這就是舉世聞名的美國IBM公司。圖是剛剛研制出來豎式穿孔卡電分類制表機的躊躇滿志的赫爾曼·赫勒里特。

7.

微分分析儀

1930年，美國麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的博士V.布什，在一些工程技術(shù)人員的協(xié)助下，試制出一臺微分分析儀的樣機。左圖，布什發(fā)明的微分分析儀是一臺用電機帶動的計算機，運算裝置由機械構(gòu)成。右圖2，布什博士和其他技術(shù)人員正在微分分析儀上進行工作。他們的操作與現(xiàn)代電子計算機的操作相去甚遠。二、計算機前期準備1.圖靈提出重要概念

1936年，年僅24歲的英國人圖靈發(fā)表了著名的《論應(yīng)用于決定問題的可計算數(shù)字》一文，提出思考實驗原理計算機概念。2.信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)首次闡明了布爾代數(shù)在開關(guān)電路上的作用

1938年，香農(nóng)發(fā)表了著名的論文《繼電器和開關(guān)電路的符號分析》，首次用布爾代數(shù)進行開關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運算，可以通過繼電器電路來實現(xiàn)3.德國科學(xué)家朱斯于20世紀30年代開始研制著名的Z系列計算機

1934年，德國人朱斯開始研制一種利用機械鍵盤的計算機。這與巴貝奇分析機原理相類似。4.K型計算機

K型計算機是美國人斯蒂比茲1937年11月發(fā)明的。4.M型系列計算機

1939年9月，美國貝爾實驗室研制出M—1型計算機。1944年和1945年，貝爾實驗室又先后研制出M—3與M—4型機。1949年，貝爾實驗室又制造出了M—6型計算機。5.阿塔納索夫提出了計算機的三原則

1939年10月，美國理論物理學(xué)家阿塔納索夫與貝利合作，設(shè)計并試制成功一臺世界上最早的電子數(shù)字計算機的樣機，稱為“ABC機”。阿塔納索夫提出了計算機的三條原則：（1）以二進制的邏輯基礎(chǔ)來實現(xiàn)數(shù)字運算，以保證精度；（2）利用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制，邏輯運算和算術(shù)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)。6.維納的計算機五原則（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)。第一代計算機1946年~1957年：1944年到1945年間，馮?諾依曼主持設(shè)計了

EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)方案，它明確了計算機由五個部分組成，包括：運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設(shè)備，并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系。1946年，馮?諾依曼和戈爾德斯廷、勃克斯等人在EDVAC方案的基礎(chǔ)上，提出了《電子計算機邏輯設(shè)計初探》的設(shè)計報告，標志著電子計算機時代的真正開始。馮?諾依曼是20世紀最偉大的全才之一6.英國的“巨人”計算機

1943年12月，第一臺“巨人”計算機在英國投入運行。它破譯密碼的速度快，性能可靠，內(nèi)部有1500只電子管，配備5個以并行方式工作的處理器，每個處理器以每秒5000個字符的速度處理一條帶子上的數(shù)據(jù)。

1944年6月，第2臺“巨人”計算機開始運轉(zhuǎn)，它的速度比第一臺“巨人”快4倍。7.美國的全機電式計算機

1944年，“馬克”1號計算機問世，于哈佛大學(xué)投入運行。它是在美國麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家艾肯的指導(dǎo)下，完成研制的。（左圖）“馬克”1號（MARKI）大型計算機于1944年8月7日投入運行（右圖）這是艾肯于1949年9月研制成功的“馬克”3號計算機。三、電子計算機

1.第一臺電子計算機

1946年2月15日，世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機“埃尼阿克”（ENIAC）宣告研制成功?！鞍Ｄ岚⒖恕钡某晒?，是計算機發(fā)展史上的一座紀念碑，是人類在發(fā)展計算技術(shù)的歷程中，到達的一個新的起點。2.第一代電子計算機的發(fā)展

1949年5月，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)實驗室根據(jù)馮·諾伊曼的思想，制成電子延遲存貯自動計算機“埃迪薩克”（EDSAC），這是第一臺帶有存儲程序結(jié)構(gòu)的電子計算機。從1953年起，美國的IBM公司開始批量生產(chǎn)應(yīng)用于科研的大型計算機系列，從此電子計算機走上了工業(yè)生產(chǎn)階段。下圖是在第一代電子計算機中使用的磁鼓。磁鼓被用來作為電子計算機中數(shù)據(jù)與指令的存儲器，它的使用是計算機發(fā)展史上重大的技術(shù)進步3.第二代電子計算機（晶體管）

1954年，美國貝爾實驗室研制成功第一臺使用晶體管線路的計算機，取名“催迪克”（TRADIC），裝有800個晶體管。1958年，美國的IBM公司制成了第一臺全部使用晶體管的計算機。1959年，IBM公司又生產(chǎn)出全部晶體管化的電子計算機IBM7090。1964年，中國制成了第一臺全晶體管電子計算機441—B型。4.第三代電子計算機（集成電路）

1958年，世界上第一個集成電路誕生。1964年4月7日，美國IBM公司同時在14個國家，全美63個城市宣告，世界上第一個采用集成電路的通用計算機系列IBM360系統(tǒng)研制成功。5.第四代計算機（超大規(guī)模集成電路）

在1967年和1977年，分別出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。美國ILLIAC-IV計算機，是第一臺全面使用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件和存儲器的計算機，它標志著計算機的發(fā)展已到了第四代。6.第五代電子計算機（智能計算機）

第五代電子計算機是智能電子計算機，它是一種有知識，會學(xué)習(xí)，能推理的計算機，具有能理解自然語言，聲音，文字和圖像的能力，并且具有說話的能力，使人機能夠用自然語言直接對話，它可以利用已有的和不斷學(xué)習(xí)到的知識，進行思維，聯(lián)想，推理，并得出結(jié)論，能解決復(fù)雜問題，具有匯集，記憶，檢索有關(guān)知識的能力。7.巨型電子計算機的應(yīng)用

巨型電子計算機是相對于大型計算機而言的一種運算速度更高，存儲容量更大，功能更完善的計算機。巨型機是指每秒能運算5000萬次以上，存儲容量超過百萬個字的電子計算機。在軍事上，巨型機主要應(yīng)用在快速判明目標和輔助決策，在高速自動化指揮控制系統(tǒng)中心，在破譯技術(shù)以及核武器，航天工具等裝備的設(shè)計和模擬方面都是主力。在民用方面，巨型機的使用日漸廣泛，已深入到機械，氣象，電子，人工智能等幾十個學(xué)科領(lǐng)域。在大型科學(xué)計算領(lǐng)域內(nèi)，其他的機種難以與之抗衡。8.巨型并行矢量計算機

矢量計算機也被稱為“向量計算機”，它是一種能夠進行矢量運算，以流水處理為主要特征的電子計算機。對多組數(shù)據(jù)（每組一般為兩個數(shù)據(jù)）成批地進行同樣的運算，得到一批結(jié)果的運算方法，即被稱為“矢量運算”。9.第六代神經(jīng)計算機（模仿人類大腦功能）

第六代電子計算機是模仿人的大腦判斷能力和適應(yīng)能力，并具有可并行處理多種數(shù)據(jù)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機。神經(jīng)電子計算機的信息不是存在存儲器中，而是存儲在神經(jīng)元之間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)中。若有節(jié)點斷裂，電腦仍有重建資料的能力，它還具有聯(lián)想記憶，視覺和聲音識別能力。四、計算機小型化1.20世紀60年代的小型化

1960年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）生產(chǎn)了第一臺速度為每秒3000次的小型集成電路計算機2.70年代的微機和個人電腦英特爾公司在1971年和1972年先后開始生產(chǎn)4004和8008微處理器，以及由它們構(gòu)成的MCS-4和MCS-8微型計算機。

1976年，美國硅谷的喬布斯和沃茲匹克這兩個年僅20歲的青年設(shè)計成功了“蘋果”微型機，為計算機進入家庭首開先河。3.筆記本型電腦問世進入20世紀90年代以來，個人電腦開始向膝上機發(fā)展，筆記本型電腦尤其受人歡迎。4.袖珍計算機

1992年，美國一家計算機公司推出一種袖珍的計算機，大小與能裝在口袋里的日歷薄差不多。5.超小型智能化計算機電子計算機發(fā)展到第三代，開始出現(xiàn)了小型化傾向。計算機開始普及到商業(yè)管理領(lǐng)域，自動控制行業(yè)和科學(xué)單位等。6.介于大型計算機與個人電腦之間的工作站工作站是20世紀80年代迅速發(fā)展起來的一種計算機系統(tǒng)，介于高檔PC機與小巨型機之間。工作站是一種新型高性能的計算機系統(tǒng)，它以其獨特的計算能力，良好的用戶界面，優(yōu)異的圖形功能和靈活的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，成為計算機家族中的一名新成員。五、多樣化計算機探索

1.光計算機的研制

2.DNA電腦

3.高速超導(dǎo)計算機

4.量子計算機研究

六、中國計算機發(fā)展史

古典時代：

在早期計算工具和算學(xué)理論的發(fā)明創(chuàng)造方面，中國曾取得極其輝煌的成就：

中國古代經(jīng)典發(fā)明創(chuàng)造：中國古代經(jīng)典發(fā)明創(chuàng)造：中國古代用陽、陰兩爻構(gòu)成的八卦，被認為是世界上最早的二進制表示法由八卦演變而來的算術(shù)羅經(jīng)1.第一代電子管計算機研制(1958-1964年)

104機103機119機1958年，中國研制成功第一臺小型電子管計算機2.第二代晶體管計算機研制(1965-1972年)109乙機加以改進，兩年后又推出109丙機，為用戶運行了15年，有效算題時間10萬小時以上，在我國兩彈試驗中發(fā)揮了重要作用，被用戶譽為“功勛機”。

109機3.第三代基于中小規(guī)模集成電路的計算機研制(1973-80年代初)

1973年，北京大學(xué)與北京有線電廠等單位合作研制成功運算速度每秒100萬次的大型通用計算機。

1983年中國科學(xué)院計算所完成我國第一臺大型向量機－757機，計算速度達到每秒1000萬次。757機4.第四代基于超大規(guī)模集成電路的計算機研制(80年代中期至今)

“銀河”計算機從1978年開始研制，到1983年通過了國家鑒定。它是由中國國防科技大學(xué)自行設(shè)計的第一個每秒向量運算1億次的巨型計算機系統(tǒng)。銀河-I2008年8月31日報道：全國首臺突破百萬億次運算速度的超級計算機“曙光5000”由中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所、曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司自主研制成功。其浮點運算處理能力可以達到230萬億次(交付用戶使用能力200萬億次)，Linpack速度預(yù)測將達到160萬億次，這個速度將有望讓中國高性能計算機再次躋身世界前十。除了超強計算能力，它還擁有全自主、超高密度、超高性價比、超低功耗以及超廣泛應(yīng)用等特點。“天河一號”2009年由國防科技大學(xué)在長沙研制成功，具備每秒鐘1206萬億次的峰值速度和每秒563.1萬億次的Linpack實測性能?！疤旌右惶枴背晒ρ兄剖怪袊?/p>