1、2023/10/1,第1章 计算机发展简史,1,第1章 计算机发展简史,1.1 第一台电子数字计算机的诞生1.2 计算机的发展1.3 中国计算机发展简史1.4 著名的计算机公司1.5 著名的计算机科学家1.6 计算机学术组织1.7 计算机奖项,2,第1章 计算机发展简史,需要是发明之母。Necessity is the Mother of Invention.计算工具及计算技术是随着人类实践的需求逐步发展起来的。,3,1.1 第一台电子数字计算机的诞生,1.1.1早期的计算工具1.1.2机械计算机1.1.3机电计算机1.1.4电子计算机,4,1.1.1 早期的计算工具,5,1.1.1 早期的计
2、算工具,算筹 算筹又称为筹、策、算子等 算筹在中国的起源很早 中国著名科学家祖冲之(429-500年)借助算筹作为计算工具计算出圆周率。,祖冲之(429500年),6,算盘算盘也称珠算，是中国劳动人民创造的一种计算工具 由古代“算筹”演变而来 素有“中国计算机”之称,1.1.1 早期的计算工具,7,17世纪，数学和计算工具的发展重心转移到了欧洲。,1.1.2 机械计算机,计算工具：计算尺、计算器、差分机、分析机；,8,（1）计算尺,纳皮尔JohnNapier(英国数学家、神学家，对数的发明者),英国数学家奥垂德（W.Oughtred）,9,（1）计算尺,10,计算器,谢克哈特Schichard
3、（德国数学家）,“计算钟”第一台机械式计算设备,11,加法器法国科学家布莱斯帕斯卡(Blaise Pascal：1623-1662年)是被公认为是制造出机械计算机的第一人；1642年，帕斯卡发明了齿轮式能实现加减法运算的计算器，这种机器能够做6位加法和减法，是人类历史上的第一台机械计算机。,计算器,12,乘法器德国著名数学家和思想家戈特弗里德威廉莱布尼茨(1646-1716年)将帕斯卡的“加法器”扩大为乘除运算；创立微积分；1700年左右，莱布尼茨从中国“易图”(八卦)里受到启发，悟出了二进制数之真谛。,计算器,13,无论是谢克哈特、帕斯卡，还是莱布尼茨，他们发明的机器都缺乏程序控制的功能。工
4、业社会首次大规模应用程序控制的机器不是计算机，而是纺织行业中的提花编织机，然而，它对计算机程序设计的思想产生过巨大的影响力。,14,14,15,法国机械师约瑟夫杰卡德（Joseph Jacquard）,15,（3）差分机,差分机1822年，英国剑桥大学著名数学家查尔斯巴贝奇(Charles Babbage：17921871年)研制成功第一台差分机。可用于计算数的平方、立方、对数和三角函数；能进行8位数运算，计算精度达6位小数；,16,17,差分机的创新之处：有三组字轮作为寄存器来存放计算中涉及的数据；可以按预先安排好的计算步骤进行一连串的计算，可以看作是“程序自动控制”思想的萌芽；,17,（4
5、）分析机,分析机1833年，巴贝奇设计出了分析机模型，这个模型包括了现代计算机所具有的5个基本组成部分。齿轮式的存储装置“仓库”资料处理装置“工厂”控制装置输入装置输出装置,18,19,Charles Babbages Analytical Engine,20,爱达奥古斯塔(Ada Augusta：1815-1852年)是计算机领域著名的女程序员。翻译意大利数学家路易吉米那比亚对巴贝奇最新的计算机设计书分析机概论所留下的备忘录。设计了计算三角函数的指令、级数相乘指令、伯努利函数指令等，发现了进行程序设计的基本要素，因此，被认为是世界上第一位程序设计师。,21,1.1.3 机电计算机,制表机18
6、86年，美国统计学家赫尔曼霍勒瑞斯(Herman Hollerith：1860-1929)，用穿孔卡存储数据、用电磁继电器代替一部分机械元件，制成了第一台机电穿孔卡系统制表机。,22,1.1.3 机电计算机,1941年，德国工程师康拉德祖斯(Konrad Zuse)研制成功全部采用继电器的计算机Z-3，这是世界上第一台完全由程序控制的机电式计算机。,第一位全部采用电器元件来制造计算机的德国工程师康拉德祖斯,23,1.1.3 机电计算机,Mark-电磁式计算机Mark，也叫“自动序列受控计算机”，在计算机发展史上占据重要地位，是计算机“史前史”里最后一台著名的计算机，发明者是美国哈佛大学艾肯(H
7、.Aiken)博士。1944年，机电计算机Mark-投入运行，长15.5米，高2.4米，由75万个零部件组成，加法0.3秒，乘法6秒。,24,25,为Mark系列计算机编写程序的，是一位女数学家格雷斯霍波。,25,The first computer bug,26,1.1.4 电子计算机,电子管的发明,27,美国工程师 德福雷斯特 发明真空三极管,27,1.1.4 电子计算机,1937年，美国衣阿华州立学院的阿塔纳索夫教授开始进行研制电子计算机的探索。最早提出在计算机中引入电子技术的方案；第一台电子计算机ENIAC的设计者莫奇利曾经看过他的关于电子计算机设计的笔记本。,28,ABC机（Atan
8、asoff-Berry-Computer),29,存储器部件（仅存）,29,1.1.4 电子计算机,ENIAC1946年2月15日，世界上第一台电子数字计算机在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生。ENIAC：是电子数值积分和计算机（The Electronic Numerical Integrator and Computer）的编写。,30,1.1.4 电子计算机,ENIAC的基本情况36岁的莫奇利提出总体设计，24岁的埃克特负责工程技术问题，年轻的戈尔斯坦负责组织协调。占地面积170平方米；用了大约18000只电子管，1500个继电器，70000只电阻，l8000只电容；耗资近49万美元；重3
9、0吨。运算速度为每秒5000次加法。耗电量惊人，功率为l50千瓦，常常因为电子管烧坏而需要停机检修。存储容量小，至多只能存20个字长为l0位的十进制数。与后来的存储程序型的计算机不同，它的程序是外插型的，使用很不方便。,31,1.1.4 电子计算机,32,1.1.4 电子计算机,33,34,ENIAC特点：采用电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息；速度快；存储容量太小；执行程序前要进行复杂的线路连接；,34,1.2 计算机的发展,第一代计算机第二代计算机第三代计算机第四代计算机第五代计算机计算机的发展趋势计算机的分类计算机的特点计算机的应用领域,35,1.2.1 第一代计算机(1946-
10、1958),主要特点 用电子管代替机械齿轮和继电器作为基本元器件；程序可以存储，使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓、磁芯等作为存储器。用穿孔卡片机作为数据和指令的输入设备；采用二进制形式，程序设计语言为机器语言。运算速度一般为每秒几千次至几万次。,36,1.2.1 第一代计算机(1946-1958),应用领域主要用于科学计算。代表机型ENIAC、IBM公司的IBM 700系列。,37,1.2.2 第二代计算机(1959-1964),主要特点 用晶体管代替了电子管。采用磁芯存储器作主存，采用磁盘与磁带作辅存。出现了汇编语言和高级语言；出现了监控程序。作为现代计算机体系结构的许多新技术相继出现，如寄
11、存器，浮点数据表示，间接寻址，中断，I/O处理机等。,38,1.2.2 第二代计算机(1959-1964),应用领域 科学计算：数据量不大，运算强度大。数据处理：数据量大，运算强度不大。实时控制：及时性要求高。代表机型 IBM7090、IBM7094、CDC7600等。,39,1.2.3 第三代计算机(1965-1970),主要特点 用集成电路取代了晶体管。用半导体存储器淘汰了磁芯存储器，实现了集成化，存储容量大幅度提高。系统软件和应用软件都有很大发展，操作系统的功能有很大提高。出现了结构化、模块化程序设计方法。计算机产品走向了系列化、通用化和标准化。为了满足中小企业需求出现了小型计算机。,4
12、0,1.2.3 第三代计算机(1965-1970),应用领域应用领域进一步拓展，计算机的应用进入到许多科学技术领域。代表机型IBM 360系统。,41,1.2.4 第四代计算机(1971-),主要特点 用微处理器或超大规模集成电路取代了普通集成电路。存储容量进一步扩大。输入采用了光学字符识别和条形码及语音等技术。输出设备开始使用光盘和激光打印机等。高级程序设计语言得到广泛使用。微型计算机进入了千家万户。互联网广泛应用，形成所谓的地球村。巨型计算机也得到快速发展。,42,1.2.4 第四代计算机(1971-),应用领域几乎覆盖到人类生活的各个领域。代表机型IBM 4300系列、3080系列、30
13、90系列、IBM PC等。,43,1.2.5 第五代计算机,第五代计算机它将是微电子技术、光学技术、超导技术、电子仿生技术等多学科相结合的产物。它能进行知识处理、自动编程、测试和排错，以及用自然语言、图形、声音和各种文字进行输入和输出。研究目标打破以往计算机固有的体系结构，使计算机能够具有像人一样的思维、推理和判断能力，向智能化发展，实现接近人的思维方式。,44,1.2.5 第五代计算机,研究成果已经实现的非传统计算技术有超导计算、量子计算、生物计算、光计算等。未来的计算机可能是超导计算机、量子计算机、生物计算机、光计算机、纳米计算机或DNA计算机等。由于各种因素的制约，并没有完全实现预期的研
14、究目标，所以目前的计算机仍属于第四代计算机。但这一时期在智能计算机领域完成了大量的基础性研究工作，促进了人工智能和机器人技术的发展。目前，日本、美国的机器人技术是世界上最先进的。,45,1.2.6 计算机的发展趋势,巨型化超级计算机通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，解决一些特别复杂的攻关难题，如国防安全、中长期天气预报、地质勘探等。是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。,46,1.2.6 计算机的发展趋势,“美洲豹”每
15、秒1.75千万亿次的运算速度，位居全球首位。,47,1.2.6 计算机的发展趋势,曙光“星云”每秒1.27千万亿次浮点运算，位列全球最快计算机的第二名。,48,1.2.6 计算机的发展趋势,微型化在保持计算机功能的前提下，使其体积越来越小。台式机、笔记本、掌上电脑、嵌入式计算机就是微型化的体现。,49,1.2.6 计算机的发展趋势,网络化实现网络化，才能真正做到资源共享，计算机才能发挥更大的作用，给人们的的日常生活带来更大的便利。智能化计算机处理过程化的计算工作及事务处理工作已经达到了相当高的水平，是人力望尘莫及的。但在智能性工作方面，计算机还远远不如人脑。如何让计算机具有人脑的智能，模拟人的
16、推理、联想、思维等 功能，是一个重要发展方向。,50,1.2.7 计算机的分类,超级计算机体积最大、速度最快、功能最强、价格也最高。主要为国家安全、空间技术、天气预报、石油勘探、生命科学等领域的高强度计算服务。美国的“美洲豹”和 Roadrunner、我国的曙光“星云”，“天河一号”都属于超级计算机。大型计算机高性能大容量的通用计算机，标准化的体系结构和批量生产。在银行、税务、大型企业、大型工程设计等领域得到广泛应用。IBM 360、IBM 4300和IBM 3090等，联想万亿次大型计算机等是典型代表。,51,1.2.7 计算机的分类,小型计算机介于微型计算机和大型计算机之间的一种计算机。P
17、DP系列、VAX-11系列等是代表。逐步被高性能微机取代。工作站可以看作高档微机，在微型机的基础上，配备有大屏幕显示器、大容量存储器和图形加速卡，多用于计算机辅助设计和图形处理。逐步被高性能微机取代。,52,1.2.7 计算机的分类,微型计算机台式计算机和笔记本计算机个人数字助理单片机和嵌入式计算机服务器通过网络为客户端计算机提供各种服务的高性能计算机。强调高速的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力。可分为数据库服务器、域名服务器、文件服务器、邮件服务器、Internet服务器和应用服务器等。,53,1.2.8 计算机的特点,运算速度快世界上最快计算机的运算速度已超过1000万亿
18、次每秒。我国研制的最快计算机的运算速度达到1.27千万亿次每秒。运算精度高我国古代著名数学家祖冲之计算出圆周率的值在3.14159263.1415927之间，这是当时非常了不起的成就。国外有位著名数学家整整花了15年的时间，才把圆周率的值计算到小数点后707位。计算机用602个小时将圆周率计算到小数点后12 411亿位。,54,1.2.8 计算机的特点,记忆能力强如果按纯文本方式存储，80GB的硬盘可以存储13 000多部300万字的大部头书籍。判断能力好计算机和人下棋/机器人足球比赛。自动运行在程序的控制下自动运行。,55,1.2.9 计算机的应用领域,科学计算大型工程设计、航空航天、石油勘
19、探、核能利用、地震预报与监测和天气预报等。信息处理各种管理信息系统和办公自动化系统。过程控制火星探测器、宇宙飞船、汽车自动装配、数控机床、无人侦察机、导弹的巡航飞行等都需要计算机控制。失之毫厘，差之千里。,56,1.2.9 计算机的应用领域,计算机辅助系统计算机辅助设计（CAD)、计算机集成制造系统（CIMS）、计算机辅助软件工程（CASE）、计算机辅助教学（CAI）。人工智能指纹识别系统、智能家电、专家系统、智能机器人等。IBM公司研制的深蓝计算机系统，1997年5月，以2胜1负3平的成绩战胜1985年以来一直占据世界冠军宝座的卡斯帕罗夫。网络应用截至2009年6月30日，我国网民规模达到3
20、.38亿人，居世界第一。网络已应用于人们的工作、生活和娱乐中。,57,1.3 中国计算机发展简史,华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一。1952年，全国大学院系进行调整，华罗庚从清华大学电机系物色了闵乃大、夏培肃和王传英3位科研人员，在他担任所长的中国科学院数学所内建立了中国第一个电子计算机科研小组。1956年8月，成立了以著名数学家华罗庚教授为主任的中国科学院计算技术研究所筹备委员会。,58,第一代电子管计算机研制(1958-1964)1957年，我国开始研制通用数字电子计算机，1958年8月1日该机研制成功，可以表演短程序运行，标志着我国第一台电子计算机诞生。为纪念这个日子
21、，该机定名为八一型数字电子计算机。该机在738厂开始小批量生产，改名为103型计算机(即DJS-1型)，共生产了38台。,1.3 中国计算机发展简史,59,1958年5月我国开始了第一台大型通用电子计算机(104机)的研制，以前苏联当时正在研制的-II计算机为蓝本，在前苏联专家的指导和帮助下，中科院计算所、四机部、七机部和部队的科研人员与738厂密切配合，于1959年国庆节前完成了研制任务。,1.3 中国计算机发展简史,60,在研制104机的同时，夏培肃院士领导的科研小组首次自行设计并于1960年4月研制成功一台小型通用电子计算机，即107机。,1.3 中国计算机发展简史,61,1964年我国
22、第一台自行设计的大型通用数字电子管计算机119机研制成功，平均浮点运算速度达到5万次/秒。,1.3 中国计算机发展简史,62,1.3 中国计算机发展简史,第二代晶体管计算机研制(1965-1972)1965年4月，我国第一台自行设计的晶体管计算机441-B通过国家鉴定，运算速度为1.2万次每秒浮点运算。同年，我国成功研制了第一台大型晶体管计算机(109乙机，共用2万多支晶体管，3万多支二极管)。1967年推出109丙机，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国两弹试验中发挥了重要作用，被用户誉为“功勋机”。,63,1.3 中国计算机发展简史,64,1.3 中国计算机发展简史,第三
23、代基于中、小规模集成电路的计算机研制(1972-20世纪80年代初)1972年正式交付使用的111计算机，采用小规模集成电路。1973年8月，集成电路计算机150机研制成功，是我国第一台自行设计的运算速度为100万次/s的大型通用计算机。1983年11月，研制成功我国第一台大型向量机-757机，计算速度达到1000万次/s。,65,1983年11月，运算速度为1亿次每秒的向量巨型计算机银河-在国防科技大学研制成功；是我国高速计算机研制的一个重要里程碑，它标志着我国十年动乱时期与国外拉大的距离又缩小到7年左右(银河-的参考机克雷-于1976年推出)。,1.3 中国计算机发展简史,66,1.3 中
24、国计算机发展简史,第四代基于超大规模集成电路的计算机研制(20世纪80年代中期至今)1985年，研制成功与IBM PC机兼容的长城0520CH微机。是我国商品化微型机的开始。1992年11月，研制成功10亿次每秒的银河-，总体上达到80年代中后期国际先进水平。1997年6月，研制成功130亿次每秒的银河-。,67,1.3 中国计算机发展简史,1993年10月，中科院计算所研制成功曙光一号计算机。1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A。2008年6月，超级计算机曙光5000A研制成功，使用了6600颗AMD巴塞罗那型4核处理器，峰值运算速度达到每秒230万亿次，世界
25、高性能计算机排名第十。2009年，曙光星云研制成功，运算速度达到每秒1.27千万亿次，世界高性能计算机排名第二。,68,1.3 中国计算机发展简史,2002年9月，我国首枚具有自主知识产权的高性能通用CPU芯片龙芯1号通过鉴定。2006年9月，增强型龙芯2号龙芯2E通过鉴定，主频最高达到1GHz，定点运算速度达到每秒20亿次。2007年5月2日，性能更优的龙芯2F开始流片。,69,1.4 著名的计算机公司,Intel公司IBM公司微软公司联想集团公司,70,1.4.1 Intel公司,成立于1968年，名字取自两个英文单词Integrated和 Electronic的组合，中文翻译成英特尔；创
26、始人，罗伯特诺宜斯、戈登摩尔、安迪葛洛夫。,71,1.4.1 Intel公司,罗伯特诺宜斯：集成电路的发明者。摩尔定理：1、集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降二分之一。3、用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。早期产品是存储器。,72,1.4.1 Intel公司,1971年，推出了世界上第一枚微处理器4004。1978年后，陆续推出8086/286/386/486。1993年后，陆续推出Pentium/P2/P3/P4。2001年，推出安腾(Itanium)处理器，它是Intel第一个64位处理器。2006年后
27、，推出酷睿双核Core 2系列。,73,1.4.2 IBM公司,IBM公司的全称为国际商业机器公司（International Business Machines Corporation）。1911年，制表机公司TMC、计算度量公司CC、国际时间记录公司ITRC，合并成立计算制表记录公司；1924年计算制表记录公司更名为国际商业机器公司，即IBM公司。早期产品是打孔卡片制表机。19461950年，现代计算机的初创阶段，IBM公司没有参与。,74,1.4.2 IBM公司,1951年，IBM决定开发商用电子计算机，聘请冯诺依曼担任公司科学顾问。1952年12月研制出IBM第一台存储程序计算机IBM
28、 701，IBM公司逐步占据了计算机制造业的霸主地位。大型计算机有IBM700系列/7000系列/360系列/4300系列等。2005年，联想以17.5亿美元收购IBM全球PC业务。在最新公布的超级计算机500强中，有186台超级计算机来自于IBM，其中前10位中IBM有4台。,75,1.4.3 微软公司,微软公司诞生于1975年，由比尔盖茨和保罗艾伦创立。1975年，比尔盖茨给Altair8080微型计算机装配BASIC语言，同年，他们与MITS签署协议，允许MITS在全世界范围内使用和转让Basic及源代码，盖茨他们获利18万美元。1981年6月，为IBM PC机开发出操作系统MS DOS
29、，在1985年到1995年间占据PC机操作系统的统治地位。,76,1.4.3 微软公司,1985年6月，和IBM一起开发出OS/2操作系统，赢利20亿美元。1995年推出Windows95，逐渐取代了MS DOS。目前主要产品：操作系统，windows；办公软件，office数据库，MS SQL Server浏览器，IE开发工具包，VS；VS.NET媒体播放器，Windows Media Player在线服务MSN,77,1.4.4 联想集团公司,1984年10月成立，11名科技人员/20万元资金/一间20平米的平房，当时叫“中国科学院计算技术研究所新技术发展公司”。1989年11月，更名为联
30、想集团公司，2003年10月英文标识“legend”改为“lenovo”。早期产品是“联想式汉字系统”-联想汉卡。1990年开始推出联想微机286。1992年，推出家用计算机概念，联想1+1家用计算机进入市场。1996年，联想微机首次位居国内市场占有率第一，联想笔记本问世。2005年5月1，联想集团以17.5亿美元正式完成对IBM全球PC业务的收购，使联想成为全球个人电脑行业的第三大供应商。2006年度的营业收入达到1389亿元。2008年北京奥运会赞助商，提供3万台计算设备。,78,1.5 著名的计算机科学家,计算机理论和结构的奠基人阿伦图灵（A.M.Turing，1912-1954）冯诺依
31、曼（J.von Neumann，1903-1957）中国国家最高科学技术奖获得者吴文俊（1919-）王 选（1937-2006）金怡濂（1929-）,79,1.5.1 图灵,图灵阿伦图灵(Alan Turing：1912-1954)是英国著名的数学家和逻辑学家，被称为“人工智能之父”。1936年，图灵在他的一篇具有划时代意义的论文论可计算数及其在判定问题中的应用中，论述了一种假想的通用计算机器，也就是理想计算机，被后人称为“图灵机”(Turing MachineTM)。,80,1.5.1 图灵,标准确定单带图灵机由一条双向都可无线延长的被分为一个个小方格的磁带，一个有限状态控制器和一个读写磁头
32、组成。图灵机的提出奠定了现代计算机的理论基础。,81,1.5.1 图灵,1945年，图灵领导一批优秀的电子工程师，着手制造自动计算引擎(Automatic Computing EngineerACE)1950年，ACE样机公开表演，被称为世界上最快最强有力的电子计算机1950年l0月，图灵发表了论文“计算机和智能”(Computing Machinery and Intelligence)。,82,1.5.1 图灵,论文提出“计算机能思维吗？”，指出如果一台机器对于质问的响应与人类做出的响应完全无法区别，那么这台机器就具有智能。这一论断称为“图灵测试”(Turing Test)，它奠定了人工智
33、能理论的基础。1954年，42岁的图灵英年早逝。从1966年开始，每年由美国计算机学会(Association for Computing MachineryACM)颁发“图灵奖”(Turing Award)给世界上最优秀的计算机科学家。,83,图灵纪念馆,84,1.5.2 冯诺依曼,约翰冯诺依曼（John Von Neumann）：1903年12月28日，出生在匈牙利布达佩斯。1944年夏天，戈尔斯坦偶遇冯诺依曼，后者了解了正在研制中的ENIAC，并参加了为改进ENIAC的工作。,85,1.5.2 冯诺依曼,1945年6月30日，莫尔学院发布了冯诺依曼总结的存储程序通用计算机方案离散变量自动电子计算机（EDVAC）方案。EDVAC奠定了现代计算机的基本结构：明确了计算机的5个组成部分：运算器，控制器，存储器，输入装置，输出装置。采用二进制计数和计算。采用存储程序方式。冯诺依曼提出的这种计
