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计算机发展史概况计算机发展史概况第1页，本讲稿共41页主要内容主要内容1.1 历史渊源历史渊源1.2 早期理论工作早期理论工作1.3 计算机发展的四个时期计算机发展的四个时期1.4 计算机软件的历史计算机软件的历史1.5 计算机网络的历史计算机网络的历史1.6 计算机的发展趋势计算机的发展趋势1.7 计算机技术的应用计算机技术的应用2第2页，本讲稿共41页引言引言计算机是人类历史上最重大的发明计算机是人类历史上最重大的发明蒸汽机的发明导致了工业革命，使人类社会进入蒸汽机的发明导致了工业革命，使人类社会进入了工业社会了工业社会计算机的发明则导致了信息革命，使人类社会进计算机的发明则导致了信息革命，使人类社会进入了信息社会。入了信息社会。计算机不但像蒸汽机那样推动了经济领域的变革，它计算机不但像蒸汽机那样推动了经济领域的变革，它还推动了文化、科技和生活等领域的变革还推动了文化、科技和生活等领域的变革因此计算机对人类社会的影响远远超过了当年的蒸汽因此计算机对人类社会的影响远远超过了当年的蒸汽机。机。3第3页，本讲稿共41页1.1 历史渊源历史渊源 公元前公元前3000年年中国人发明算筹，以后演变为算盘。中国人发明算筹，以后演变为算盘。1642年年法国数学家帕斯卡法国数学家帕斯卡(Pascal)发明齿轮式加法器。发明齿轮式加法器。1822年年英国数学家巴贝奇英国数学家巴贝奇(Babbage)制作差分机。制作差分机。1834年年巴贝奇完成分析机设计，提出自动通用计算机的巴贝奇完成分析机设计，提出自动通用计算机的思想。思想。4第4页，本讲稿共41页1.2 早期理论工作早期理论工作1854年年英国数学象乔治英国数学象乔治布尔布尔(George Boole)创建逻辑创建逻辑代数理论。代数理论。1936年年英国数学家图灵英国数学家图灵(Turing)提出了著名的计算模型提出了著名的计算模型图灵机，揭示了计算的本质。图灵机，揭示了计算的本质。1945年年美籍数学家冯美籍数学家冯诺依曼诺依曼(Von Neumann)等人奠定等人奠定了存储程序式计算机理论基础，并开始研制相应了存储程序式计算机理论基础，并开始研制相应的的EDVAC计算机。计算机。5第5页，本讲稿共41页图灵与图灵机图灵与图灵机图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器一个控制器一条可以无限延伸的带子一条可以无限延伸的带子一个在带子上左右移动的读写头。一个在带子上左右移动的读写头。所谓计算，就是计算者（人或机器）对一条两端可无限所谓计算，就是计算者（人或机器）对一条两端可无限延长的纸带上的一串延长的纸带上的一串0和和1执行指令，一步一步地改变纸执行指令，一步一步地改变纸带上的带上的0或或1，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号串的变换过程定的符号串的变换过程为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机协会为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机协会(ACM)于于1966年设立了年设立了“图灵奖图灵奖”，并被誉为，并被誉为“计算机界的诺计算机界的诺贝尔奖贝尔奖”。6第6页，本讲稿共41页图灵与图灵机图灵与图灵机7第7页，本讲稿共41页冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机冯冯诺伊曼诺伊曼EDVAC方案中，提出了三个重要方案中，提出了三个重要设计思想：设计思想：计算机由计算机由5个基本部分组成：运算器、控制器、存个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；储器、输入设备和输出设备；采用二进制形式表示计算机的指令和数据；采用二进制形式表示计算机的指令和数据；将程序（由一系指令组成）和数据存放在存储器将程序（由一系指令组成）和数据存放在存储器中，并让称之为中，并让称之为CPU的部件依次从存储器中取出的部件依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止完成全部指令任务为止这就是这就是“存储程序存储程序”思想。思想。8第8页，本讲稿共41页5000次加法次加法/秒秒体重体重28吨吨占地占地170m218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器功率功率150KW冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机第9页，本讲稿共41页1.3 计算机发展的四个时期计算机发展的四个时期 1946年年2月月14日日由在美国工作的由在美国工作的Presper Eckert及及John Mauchly设计的电子数值积设计的电子数值积分计算机分计算机(ENIAC)在宾夕法尼亚大学展出，这是世界第一台电子计算在宾夕法尼亚大学展出，这是世界第一台电子计算机。从此，计算机开始了它的发展历程。机。从此，计算机开始了它的发展历程。但但ENIAC并非存储程序式的，程序要通过外接电路板输入，并且并非存储程序式的，程序要通过外接电路板输入，并且是一台十进制并行计算机。冯是一台十进制并行计算机。冯诺伊曼在诺伊曼在ENIAC研制过程中发现研制过程中发现了这个问题，并提出了解决方案。了这个问题，并提出了解决方案。1945年年6月月30日，冯日，冯诺伊曼诺伊曼发表了题为发表了题为“关于离散变量自动电子计算机的草案关于离散变量自动电子计算机的草案”的长文，正的长文，正式提出了式提出了“存储程序存储程序”的概念。而他所建议的的概念。而他所建议的“离散变量自动电离散变量自动电子计算机子计算机”也就是后来由宾夕法尼亚大学莫尔学院建成的也就是后来由宾夕法尼亚大学莫尔学院建成的EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)。10第10页，本讲稿共41页计算机发展的四个时期计算机发展的四个时期 第一代计算机（第一代计算机（1946年年1957年）年）利用真空管制造电子元件，利用穿孔卡作为主要的存储介质利用真空管制造电子元件，利用穿孔卡作为主要的存储介质第二代计算机（第二代计算机（1958年年1964年）年）使用晶体管制造电子元件，利用磁芯制造内存，利用磁鼓和磁盘作为主要的外部存储使用晶体管制造电子元件，利用磁芯制造内存，利用磁鼓和磁盘作为主要的外部存储设备设备第三代计算机（第三代计算机（1965年年1971年）年）使用集成电路，使用硅半导体制造存储器使用集成电路，使用硅半导体制造存储器第四代计算机（第四代计算机（1972年至今）年至今）采用了大规模采用了大规模LSI和超大规模和超大规模VLSI集成电路，使用集成度更高的半导体元件做主存储器集成电路，使用集成度更高的半导体元件做主存储器1965年年Intel公司的创始人之一戈登公司的创始人之一戈登摩尔曾预言，集成电路中的晶体管数每摩尔曾预言，集成电路中的晶体管数每年年(后来改成了每隔后来改成了每隔18个月个月)将翻一番，芯片的性能也随之提高一倍。这一预将翻一番，芯片的性能也随之提高一倍。这一预言，被计算机界称为言，被计算机界称为“摩尔定律摩尔定律”，近代计算机的发展历史充分证实了这一，近代计算机的发展历史充分证实了这一定律。定律。11第11页，本讲稿共41页1.4 计算机软件的历史计算机软件的历史软件是程序和程序设计发展到规模化和商品软件是程序和程序设计发展到规模化和商品化后所逐渐形成的概念化后所逐渐形成的概念第一位程序员第一位程序员Ada指出了程序设计和编程的基本指出了程序设计和编程的基本要素要素布尔逻辑为程序设计奠定了坚实的理论基础布尔逻辑为程序设计奠定了坚实的理论基础在在20世纪世纪50年代，出现了软件产业化年代，出现了软件产业化软件是程序以及程序实现和维护程序时所必软件是程序以及程序实现和维护程序时所必须的文档的总称须的文档的总称12第12页，本讲稿共41页1.5 计算机网络的历史计算机网络的历史计算机网络是指将若干台计算机用通信线路按照一定计算机网络是指将若干台计算机用通信线路按照一定规范连接起来，以实现资源共享和信息交换为目的的规范连接起来，以实现资源共享和信息交换为目的的系统系统计算机网络发展的计算机网络发展的4个阶段个阶段第一代网络：面向终端的远程联机系统第一代网络：面向终端的远程联机系统第二代网络：以通信子网为中心的计算机通信网，典型代表第二代网络：以通信子网为中心的计算机通信网，典型代表ARPANET第三代网络：遵循国际标准化网络体系结构开放系统互连基第三代网络：遵循国际标准化网络体系结构开放系统互连基本参考模型（本参考模型（OSI）的计算机网络）的计算机网络第四代网络：宽带综合业务数字网第四代网络：宽带综合业务数字网13第13页，本讲稿共41页1.6 计算机的发展趋势计算机的发展趋势发展趋势：发展趋势：巨型化：运算速度达每秒几百亿次运算巨型化：运算速度达每秒几百亿次运算微型化：计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一微型化：计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器种个人的信息机器网络化：计算机技术与通信技术相结合网络化：计算机技术与通信技术相结合多媒体化：计算机具有处理图、文、声、像等多种媒体的能多媒体化：计算机具有处理图、文、声、像等多种媒体的能力力智能化：智能化：“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有灵魂的机械来魂的机械来”。笛卡尔（笛卡尔（1637）大脑的结构与大脑的结构与0、1的关系：大脑的基本成分是神经细胞（即神经元），的关系：大脑的基本成分是神经细胞（即神经元），神经元又分为突触和轴突，两者以生物电流的方式，一个管输入，一神经元又分为突触和轴突，两者以生物电流的方式，一个管输入，一个管输出，使神经细胞一直处于兴奋或抑制的状态，而电子元件的开个管输出，使神经细胞一直处于兴奋或抑制的状态，而电子元件的开启和闭合的状态正好与神经细胞中的兴奋或抑制状态对应，那么大脑启和闭合的状态正好与神经细胞中的兴奋或抑制状态对应，那么大脑的思维机制不就也可以用的思维机制不就也可以用0和和1来表示了吗来表示了吗?14第14页，本讲稿共41页未来新型计算机新一代计算机：新一代计算机：知识信息处理系统（知识信息处理系统（KIPS）神经网络计算机神经网络计算机生物计算机生物计算机光子计算机光子计算机量子计算机量子计算机纳米计算机纳米计算机.15第15页，本讲稿共41页光子计算机所谓光计算机，就是利用光作为信息的传输媒体。速度快：速度永远等于光速不需要导线，一块直径仅2cm的光棱镜，其通过的信息比特率可以超过全世界现有的全部电缆总和的300多倍智能水平更高。Intel硅光子技术硅光子技术16第16页，本讲稿共41页生物计算机（分子计算机）20世纪80年代开始研制，其最大的特点是采用了生物芯片。特点-运算速度快：蛋白质分子比硅晶片上电子元件要小得多，彼此相距甚近，生物计算机完成一项运算，所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度快100万倍。-存储容量大：1立方米的DNA溶液，可存储1万亿亿的二进制数据。-耗能小：只有电子计算机的十亿分之一。-具有自我修复功能预计1020年后，DNA计算机将进入实用阶段。17第17页，本讲稿共41页量子计算机量子计算机是利用原子的多态进行计算特点：-存储量更大 -能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前个人计算机的Pentium 晶片快10亿倍。全球首台商用量子计算机全球首台商用量子计算机18第18页，本讲稿共41页纳米计算机“纳米”是一个计量单位，一个纳米等于10-9米，大约是氢原子直径的10倍。应用纳米技术研制的计算机内存芯片相当于人的头发丝直径的千分之一。特点：-耗能小-性能强大先进纳米计算机械先进纳米计算机械19第19页，本讲稿共41页1.7 计算机技术的应用计算机技术的应用 宇宙探索 军事领域 通讯 交通 气象 金融领域 工业设计制造 生活领域20第20页，本讲稿共41页宇宙探索人造卫星和太空探测器人造卫星和太空探测器 人类从古到今没有停止对宇宙人类从古到今没有停止对宇宙的研究、认识和探索。的研究、认识和探索。21第21页，本讲稿共41页宇宙探索根据卫星拍摄绘制的根据卫星拍摄绘制的高清晰度地球图片高清晰度地球图片22第22页，本讲稿共41页宇宙探索根据卫星拍摄绘制的高根据卫星拍摄绘制的高清晰度地球图片清晰度地球图片23第23页，本讲稿共41页宇宙探索根据卫星拍摄绘制的高根据卫星拍摄绘制的高清晰度地球图片清晰度地球图片24第24页，本讲稿共41页宇宙探索太阳系九大行星太阳系九大行星25第25页，本讲稿共41页宇宙探索银河系哈勃望远镜上的相机拍摄26第26页，本讲稿共41页宇宙探索银河系27第27页，本讲稿共41页宇宙探索美国火星探测器传回的火星图片28第28页，本讲稿共41页宇宙探索哈勃望远镜上的相机拍摄图为巨大星团核心部分数以十万计的色彩纷呈的恒星。这个星团名为半人马座欧米茄球状星团，距离地球约16000光年，包括近1千万颗恒星，产生于100亿至120亿年前。29第29页，本讲稿共41页哈勃望远镜上的相机拍摄宇宙天体30第30页，本讲稿共41页宇宙探索“北斗”卫星的战略应用环境、交通、物流、水文、测绘 31第31页，本讲稿共41页军事领域美国核动力航母10万吨级虚拟核试验虚拟核试验 当一国的计算机发展达到一定水平，并且也有真实核试验的数据作为初当一国的计算机发展达到一定水平，并且也有真实核试验的数据作为初始数据的时候，这个国家就可以通过大型电子计算机在三维空间虚拟始数据的时候，这个国家就可以通过大型电子计算机在三维空间虚拟核试验，以此来保持并提高本国核武器的性能，这样就不需要进行真实核试验，以此来保持并提高本国核武器的性能，这样就不需要进行真实的核试验。这是一个国家核武器和科学技术最高水平的体现。的核试验。这是一个国家核武器和科学技术最高水平的体现。这项技术最早起源于美国，目前美国、俄国、英国、法国等大国都具备这项这项技术最早起源于美国，目前美国、俄国、英国、法国等大国都具备这项技术。技术。中国于中国于1996年宣布暂停停止核试验就说明我国的年宣布暂停停止核试验就说明我国的“虚拟核试验虚拟核试验”技术也技术也已经成熟，不在需要进行真实核试验就可以对核武库进行维护和升级。已经成熟，不在需要进行真实核试验就可以对核武库进行维护和升级。这项技术的两个前提这项技术的两个前提核试验原始数据，我国分别在核试验原始数据，我国分别在1964和和1967年取年取得。而核试验需要的超级计算机（得。而核试验需要的超级计算机（10万亿次运算）。万亿次运算）。目前我国的核技术完全依目前我国的核技术完全依靠靠“虚拟核实验虚拟核实验”来进行维护、提高。来进行维护、提高。32第32页，本讲稿共41页军事领域深圳航母主题公园4万吨级大型计大型计算机的使算机的使用用33第33页，本讲稿共41页军事领域发射卫星的火箭34第34页，本讲稿共41页军事领域发射卫星的火箭35第35页，本讲稿共41页军事领域发射卫星的火箭36第36页，本讲稿共41页军事领域控制中心37第37页，本讲稿共41页军事领域卫星和地面接收系统38第38页，本讲稿共41页计算机技术的广泛应用科学计算可视化家庭多媒体中心办公自动化39第39页，本讲稿共41页讨论讨论试展望未来计算机给人们生活带来的影响。试展望未来计算机给人们生活带来的影响。40第40页，本讲稿共41页41第41页，本讲稿共41页