劉剛2015年10月25日 計算機發展簡史 聯系方式 QQ 電話 第一章計算機發展史 什么是計算機 具備內部存儲能力 能高速 自動的進行邏輯運算和算術運算的電子設備 1 1計算機發展歷程 經考古研究表明 人類的計算是從計數開始 最早的計數工具從自身的雙手開始到學會用小樹枝 小木棍 小石子等工具進行計數 到了我國的唐代 人們發明了算盤 同時發明了一整套基于算盤的引算口訣 算盤應該是出現最早的較為成熟的計算工具 所以也有觀點認為算盤可以看作是最早的計算機 而珠算口訣則是最早的算法 古代計算技術的發展 17世紀法國科學家布萊斯 帕斯卡 B Pascal 發明廠基于齒輪傳動技術的機械式計算機 它的特點是利用人工手動作為計算機動力 利用齒輪 杠桿等機械裝置來自動傳送十進制數進行計算 隨后的機電式計算機就是在機械式計算機的基礎上用電力作動力 但計算原理仍然是機械式的 機械式計算機 1671年萊布尼茨發明了一種能做四則運算的手搖計算器 外形好像一個長1米的大盒子 17世紀末期 這種手搖計算器傳入了中國 并由中國人制造出了12位數的手搖計算器 獨創出一種算籌式手搖計算器 手搖式計算機 ENIAC 1946 計算機 1946年2月14日 世界上第一臺電腦 埃尼阿克 ENIAC在美國賓夕法尼亞大學誕生 第二次世界大戰期間 美國軍方要求賓州大學莫奇利 Mauchly 博士和他的學生埃克特 Eckert 設計以真空管取代繼電器的 電子化 電腦 ENIAC 埃尼阿克 ElectronicNumericalIntegratorandCalculator 電子數字積分計算機 目的是用來計算炮彈彈道 第一臺計算機的誕生 埃尼阿克 長30 48米 寬1米 占地面積170平方米 30個操作臺 約相當于10件普通房間的大小 重達30噸 耗電量150千瓦 造價48萬美元 它使用18000個電子管 70000個電阻 10000個電容 1500個繼電器 6000多個開關 每秒執行5000次加法或400次乘法 是繼電器計算機的1000倍 手工計算的20萬倍 埃尼阿克 EDVAC 離散變量自動電子計算機 EDVAC于1949年8月交付給彈道研究實驗室 在發現和解決許多問題之后 直到1951年EDVAC才開始運行 而且局限于基本功能 EDVAC是第一臺現代意義的通用計算機 和之前的世界上第一臺電子計算機ENIAC不同 EDVAC首次使用二進制而不是十進制 整臺計算機共使用大約6000個電子管和大約12000個二極管 功率為56KW 占地面積45 5平方米 重7850KG 使用時需要三十個技術人員同時操作 它由五個基本部分組成 1 運算器CA 2 控制器CC 3 存儲器M 4 輸入裝置I 5 輸出裝置O 約翰 阿塔那索夫 JohnVincentAtanasoff 是保加利亞移民的后裔 1903年10月4日生于美國紐約州哈密爾頓 是保加利亞科學院外籍院士 曾獲得計算機先驅獎等 阿塔納索夫 貝瑞計算機 Atanasoff BerryComputer 簡稱ABC 是法定的世界上第一臺電子計算機 是愛荷華州立大學的約翰 文森特 阿塔納索夫 JohnVincentAtanasoff 和他的研究生克利福特 貝瑞 CliffordBerry 在1937年設計 不可編程 僅僅設計用于求解線性方程組 并在1942年成功進行了測試 從ABC開始 人類的計算從模擬向數字挺進 而 埃尼阿克 ENIAC 標志著計算機正式進入數字的時代 電子計算機之父 Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitsed 約翰 馮 諾依曼 JohnvonNeumann 1903 1957 現代電子計算機之父 美籍匈牙利人 物理學家 數學家 發明家 現代電子計算機之父 即電腦 即EDVAC 它是世界上第一臺現代意義的通用計算機 的發明者 阿蘭 麥席森 圖靈AlanMathisonTuring 6月23日生于英國倫敦 是英國著名的數學家和邏輯學家 被稱為計算機科學之父 人工智能之父 是計算機邏輯的奠基者 提出了 圖靈機 和 圖靈測試 等重要概念 人們為紀念其在計算機領域的卓越貢獻而設立 圖靈獎 計算機之父 Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitsed 物理原件 電子管內存延遲線或磁芯外存紙帶 卡片或磁帶工作速度幾千到一萬次 秒軟件機器語言或匯編語言應用科學計算代表機型ENIAC特點體積龐大 運算速度低 成本高 第一代 電子管計算機 46 57 第二代 晶體管計算機 58 64 物理元件晶體管內存磁芯外存磁帶或磁盤工作速度幾十萬次 秒軟件高級算法語言應用事務管理及工業控制代表機型IBM7000系列優點體積小 壽命長 速度快 能耗少 可靠性高 UNIVAC 1 1951年 UNIVAC 1 第一臺商用計算機系統誕生 設計者是J PresperEckert和JohnMauchly 被美國人口普查部門用于人口普查 標志著計算機進入了商業應用時代 物理元件中小規模集成電路 硅 內存半導體存儲器外存磁帶或磁盤工作速度幾十萬到幾百萬次 秒軟件高級算法語言 操作系統應用計算 管理及控制代表機型IBMSystem 360優點體積更小 速度更快 能耗更小 壽命更長發展特點計算機設計出現了標準化 通用化 系列化的局面 第三代 集成電路計算機 64 70 System 360是IBM在1964年4月7日 推出的劃時代的大型電腦 這一系列是世界上首個指令集可兼容計算機 IBMSystem 360 第四代 超大規模集成電路計算機 物理元件 超 大規模集成電路內存半導體存儲器外存磁盤和光盤工作速度幾百萬到幾千萬次 秒軟件操作系統和應用軟件應用以計算機網絡為特征 新一代計算機 光學計算機 量子計算機 神經網絡計算機 生物計算機 生物計算機也稱仿生計算機 主要原材料是生物工程技術產生的蛋白質分子 并以此作為生物芯片來替代半導體硅片 利用有機化合物存儲數據 運算速度要比當今最新一代計算機快10萬倍 它具有很強的抗電磁干擾能力 并能徹底消除電路間的干擾 能量消耗僅相當于普通計算機的十億分之一 且具有巨大的存儲能力 生物計算機具有生物體的一些特點 如能發揮生物本身的調節機能 自動修復芯片上發生的故障 還能模仿人腦的機制等 生物計算機 光子計算機是一種由光信號進行數字運算 邏輯操作 信息存貯和處理的新型計算機 它由激光器 光學反射鏡 透鏡 濾波器等光學元件和設備構成 靠激光束進入反射鏡和透鏡組成的陣列進行信息處理 以光子代替電子 光運算代替電運算 光學計算機 量子計算機 quantumcomputer 是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算 存儲及處理量子信息的物理裝置 當某個裝置處理和計算的是量子信息 運行的是量子算法時 它就是量子計算機 量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究 研究可逆計算機的目的是為了解決計算機中的能耗問題 量子計算機 用數據單元模擬人腦的神經元 并利用神經元結點的分布式存儲和相互關聯來模擬人腦活動 神經網絡計算機 1 2計算機的分類 巨型計算機 大型計算機 小型計算機 微型計算機工作站 按照性能分類 巨型計算機 Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitseddoeiusmod 巨型機運算速度快 存儲量大 結構復雜 價格昂貴 主要用于尖端科學研究領域 巨型機目前在國內還不多 我國研制的 天河二號 和星云計算機就屬于巨型機 一般用于解決諸如氣象 航天 能源 醫藥等剪短科學研究和戰略武器研制中的復雜計算 IBM深藍計算機 深藍是美國IBM 國際商用機器公司 公司生產的一臺超級國際象棋電腦 重1270公斤 有32個大腦 微處理器 每秒鐘可以計算2億步 深藍 輸入了一百多年來優秀棋手的對局兩百多萬局 1997年5月11日 國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫與IBM公司的國際象棋電腦 深藍 的六局對抗賽降下帷幕 最終深藍獲勝 IBM Sequoia 紅杉 超級計算機 IBM藍色基因 日本 京 計算機 天河一號 超級計算機 國內外幾款超級計算機 1 2計算機的分類 巨型計算機 大型計算機 小型計算機 微型計算機工作站 按照性能分類 大型計算機 Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitseddoeiusmod 大型計算機也有很高的運算速度和很大的存儲量 并允許相當多的用戶同時使用 但它在量級和價格上不及巨型計算機 大型計算機通常像一個家族一樣形成系列 如IBM4300系列 IBM9000系列 常用于大型企業 商業管理或者大型數據庫管理系統中 也可以用作大型計算機網絡中的主機 1 2計算機的分類 巨型計算機 大型計算機 小型計算機 微型計算機工作站 按照性能分類 小型計算機 Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitseddoeiusmod 小型計算機規模比大型機小 但仍可支持十幾個用戶同時使用 價格便宜 適用于中小型企事業單位 如DEC公司生產的VAX系列 IBM公司生產的AS 400系列 IBM公司生產的AS 400系列 1 2計算機的分類 巨型計算機 大型計算機 小型計算機 微型計算機工作站 按照性能分類 微型計算機 Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitseddoeiusmod 微型計算機的特點是小巧靈活 便宜 通常一次只能一個用戶使用 因而也成為個人計算機或pc機 還有體積更小的微型機不斷增多 如臺式機 筆記本電腦 平板電腦 一體機 掌上電腦等 1 2計算機的分類 巨型計算機 大型計算機 小型計算機 微型計算機工作站 按照性能分類 工作站 Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitseddoeiusmod 工作站與功能較強的高端微機差別不是很明顯 與微機相比 它一般有較大的春初熔煉隔閡較高的運算速度 而且配備大屏幕顯示器 工作站主要用于圖像處理和計算機輔助設計等領域 按處理方式分類 可以把計算機分為模擬計算機 數字計算機以及數字模擬混合計算機 1 模擬計算機 主要用于處理模擬信息 如工業控制中的溫度 壓力等 模擬計算機的運算部件是一些電子電路 其運算速度極快 但精度不高 使用也不夠方便 2 數字計算字采用二進制運算 其特點是解題精度高 便于存儲信息 是通用性很強的計算工具 既能勝任科學計算和數字處理 也能進行過程控制和CAD CAM等工作 3 混合計算機是取數字 模擬計算機之長 既能高速運算 又便于存儲信息 但這類計算機造價昂貴 現在人們所使用的大都屬于數字計算機 按處理數據類型分類 按使用范圍分為通用計算機和專用計算機1 通用計算機是指各行業 各種工作環境都能使用的計算機 學校 家庭 工廠 醫院 公司等用戶都能使用的就是通用計算機 平時我們購買的品牌機 兼容機都是通用計算機 通用計算機不但能辦公 還能做圖形設計 制作網頁動畫 上網查詢資料等 2 專用計算機 專為解決某一特定問題而設計制造的電子計算機 一般擁有固定的存儲程序 如控制軋鋼過程的軋鋼控制計算機 計算導彈彈道的專用計算機等 解決特定問題的速度快 可靠性高 且結構簡單 價格便宜 按使用范圍分類 計算器與計算機的本質區別是什么 計算器和計算機一樣都能夠實現數據的錄入 處理 存儲和輸出 但它所以區別于計算機的就是 它不能自動地實現這些操作過程 必須由人來操作完成 而計算機通過編制程序能夠自動進行處理 所以以自動化程度來區別二者 就在于是否需要人工干預其運行 實際上二者還有另一個本質性的區別 計算器使用的是固化的處理程序 只能完成特定的計算任務 而計算機借助操作系統平臺和各類應用軟硬件 可以無限擴展其應用領域 也就是說 是否具有擴展性是二者的本質區別 是二者的本質區別 1 3計算機的應用領域 科學計算 天氣預報 大氣檢測 衛星軌道計算 宇宙飛船研制和制導等 1 3計算機的應用領域 數據處理 又稱信息加工 是指對各種數據進行手機 存儲 整理 分類 統計 加工 利用和傳播等一系列活動的統稱 如市場預測 情報檢索 經營決策及生產管理等環節都設計數據處理 1 3計算機的應用領域 過程控制 指用計算機采集各類生產過程中的實時數據 把得到的數據按照預定的算法進行處理 然后再反饋到執行機構去控制相應的后續過程 它是生產自動化的重要手段 1 3計算機的應用領域 計算機輔助技術 計算機輔助設計 CAD 計算機輔助制造 CAM 計算機輔助教學 CAI 計算機輔助工藝設計 CAPP 計算機集成制造系統 CIMS 計算機輔助設計利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作 簡稱CAD 以飛機設計為例 過去需要2 3年才能完成 現在只需要三個月時間 AutoCAD是Autodesk公司開發的一款自動計算機輔助設計軟件 可以用于繪制 二維制圖 和基本三維設計 通過它無需懂得編程 即可自動制圖 因此它在全球廣泛使用 可以用于土木建筑 裝飾裝潢 工業制圖 工程制圖 電子工業 服裝加工等多方面領域 1 3計算機的應用領域 計算機輔助技術 計算機輔助設計 CAD 計算機輔助制造 CAM 計算機輔助教學 CAI 計算機輔助工藝設計 CAPP 計算機集成制造系統 CIMS 計算機輔助制造 CAM 是指在機械制造業中 利用電子數字計算機通過各種數值控制機床和設備 自動完成離散產品的加工 裝配 檢測和包裝等制造過程 簡稱cam 1 3計算機的應用領域 計算機輔助技術 計算機輔助設計 CAD 計算機輔助制造 CAM 計算機輔助教學 CAI 計算機輔助工藝設計 CAPP 計算機集成制造系統 CIMS 計算機輔助教學 CAI 是在計算機輔助下進行的各種教學活動 以對話方式與學生討論教學內容 安排教學進程 進行教學訓練的方法與技術 是用計算機幫助教師進行教學或用計算機進行教學的廣闊應用領域 如輔助教學 測驗 交互等 1 3計算機的應用領域 計算機輔助技術 計算機輔助設計 CAD 計算機輔助制造 CAM 計算機輔助教學 CAI 計算機輔助工藝設計 CAPP 計算機集成制造系統 CIMS 計算機輔助工藝設計 CAPP 通常是指機械產品制造工藝過程的計算機輔助設計與文檔編制 CAPP系統的主要任務是通過計算機輔助工藝過程設計完成產品設計信息向制造信息的傳遞 是連接CAD與CAM的橋梁 也是CIMS系統 計算機 現代集成制造系統 中的重要組成部分 對產品質量和制造成本具有極為重要的影響 1 3計算機的應用領域 計算機輔助技術 計算機輔助設計 CAD 計算機輔助制造 CAM 計算機輔助教學 CAI 計算機輔助工藝設計 CAPP 計算機集成制造系統 CIMS 計算機集成制造系統 CIMS 隨著計算機輔助設計與制造的發展而產生的 它是在信息技術自動化技術與制造的基礎上 通過計算機技術把分散在產品設計制造過程中各種孤立的自動化子系統有機地集成起來 形成適用于多品種 小批量生產 實現整體效益的集成化和智能化制造系統 1 3計算機的應用領域 人工智能 計算機模擬人類職能活動 諸如感知 判斷 理解 學習 問題求解和圖像識別等 1 4計算機病毒 計算機病毒的特點 計算機病毒是人為編制的危害計算機系統的程序 它具有 隱蔽性 隱蔽在可執行程序和數據文件中傳染性 自我復制潛伏性 寄生 隱藏可觸發性 在觸發條件下傳播或破壞破壞性 輕者降低系統工作效率 重者導致系統崩潰 數據丟失 木馬病毒 木馬 程序是目前比較流行的病毒文件 與一般的病毒不同 它不會自我繁殖 也并不 刻意 地去感染其他文件 它通過將自身偽裝吸引用戶下載執行 向施種木馬者提供打開被種主機的門戶 使施種者可以任意毀壞 竊取被種者的文件 甚至遠程操控被種主機 木馬病毒的產生嚴重危害著現代網絡的安全運行 宏病毒 宏病毒是一種寄存在文檔或模板的宏中的計算機病毒 一旦打開這樣的文檔 其中的宏就會被執行 于是宏病毒就會被激活 轉移到計算機上 并駐留在Normal模板上 從此以后 所有自動保存的文檔都會 感染 上這種宏病毒 而且如果其他用戶打開了感