电子计算机诞生之前Word格式.docx

1、右边第一个轮子上的 数字表示十位数字， 依此类推。在两数相加时， 先在加法机的轮子上拨出一个数， 再按照第二个数在相应的轮子上转动对应的数字，最后就会得到这两上数的和。 如果某一位两上数字之和超过了 10，加法机就会自动地通过齿轮进位。因为某 一位的小轮转动了 10 个数字后，才迫使下一个小轮正好转动一个数字。计算所 得的结果在加法机面板上的读数窗上显示，计算完毕要把轮子爱个恢复到零位。帕斯卡的加法机在法国引起了轰动。 这台机器在展出时， 前往参观的人川流 不息。帕斯卡的加法机向人们提示出： 用一种纯粹机械的装置去代替人们的思考 和记忆，是完全可以做到的。1971年瑞士人沃斯把自己创造的高级语

2、言命名为 Pascal ，就是为了纪念帕 斯卡。德国数学家 Leibniz 创造了乘法计算机。 德国人莱布尼兹创造了乘法计算 机，他受中国易经八卦的影响最早提出二进制运算法那么德国著名的数学家和哲学家莱布尼兹，对帕斯卡的加法机很感兴趣。于是， 莱布尼兹也开始了对计算机的研究。1672 年 1月，莱布尼兹搞出了一个木制的机器模型，向英国皇家学会会员 们做了演示。但这个模型只能说明原理，不能正常运行。此后，为了加快研制计 算机的进程， 莱布尼兹在巴黎定居 4 年。在巴黎， 他与一位著名钟表匠奥利韦合 作。他只需对奥利韦作一些简单的说明， 实际的制造工作就全部由这位钟表匠独 自去完成。 1974 年

3、，最后定型的那台机器，就是由奥利韦一人装配而成的。莱 布尼兹的这台乘法机长约 1 米，宽 30 厘米， 高 25 厘米。 它由不动的计数器和可 动的定位机构两局部组成。 整个机器由一套齿轮系统来传动， 它的重要部件是阶 梯形轴，便于实现简单的乘除运算。莱布尼兹设计的样机， 先后在巴黎， 伦敦展出。 由于他在计算设备上的出色 成就，被选为英国皇家学会会员。 1700 年，他被选为巴黎科学院院士。莱布尼兹也是第一个认识到二进制记数法重要性的人， 并系统地提出了二进 制数的运算法那么。二进制对 200 多年后计算机的开展产生了深远的影响。莱布尼兹在法国定居时， 同在华的传教士白晋有密切联系。 白晋曾

4、为康熙皇 帝讲过数学课，他对中国的易经很感兴趣，曾在 1701 年寄给莱布尼兹两张易经 图，其中一张就是有名的“伏羲六十四卦方位圆图。莱布尼兹惊奇地发现，这 六十四卦正好与 64 个二进制数相对应。莱布尼兹认为中国的八卦是世界上最早 的二进制记数法。为此，他于 1716 年发表了?论中国的哲学?一文，专门讨论 八卦与二进制，指出二进制与八卦有共同之处。莱布尼兹非常向往和崇尚中国的古代文明， 他把自己研制的乘法机的复制品 赠送给康熙皇帝，以表达他对中国的敬意英国数学家Babbage设计和制造了差分机和分析机。在计算机开展史上， 差分机和分析机占有重要的地位。它们的研制者查尔斯巴贝奇是英国人，他出

5、 生于 1971年 12月26日， 19岁时考入剑桥大学三一学院攻读数学与化学。左 图差分机和分析机的研制者巴贝奇18 世纪下半叶，法国政府决定在数学上采用十进制，因而大量数表，特别 是三角函数表及有关的对数表， 而要重新计算， 这是一项浩繁的计算工程。 法国 政府的这一改革虽然没有得到全面实施， 但却引起了英国人巴贝奇的兴趣。 他认 为可以使机器按照一定的程序去做一系列简单的计算，代替人去完成一些复杂， 繁琐的计算工作。 于是巴贝奇萌发出了采用机器来编制数表的想法。 巴贝奇从用 差分表计算数表的做法中得到启发，经过 10 年的努力，设计出一种能进行加减 计算并完成数表编制的自动计算装置，他把

6、它称为“差分机。 1822年，他试 制出了一台样机。这台差分机可以保存 3个 5位的十进制数，并进行加法运算，还能打印结果。 它是一种供制表人员使用的专用机。 但是它的杰出之处是， 能按照设计者的控制 自动完成一连串的运算， 表达了计算机最早的程序设计。 这种程序设计思想的创 见，为现代计算机的开展开辟了道路。1834年，巴贝奇又完成了一项新计算装置的设想。他考虑到，计算装置应 该具有通用性， 能解决数学上的各种问题。 它不仅可以进行数字运算， 而且还能 进行逻辑运算。巴贝奇把这种装置命名为“分析机。它是现代通用数字计算机 的前身。按巴贝奇的方案，分析机以蒸汽为动力，通过大量齿轮来传动。它的内

7、 存储器的容量比后来20世纪40年代出现的电子计算机ENIAC还要大一些。因为 它太庞大了，所以它没有被制造出来。巴贝奇的分析机由三局部构成。 第一局部是保存数据的齿轮式存放器， 巴贝 奇把它称为“堆栈，它与差分机中的相类似，但运算不在存放器内进行，而是 由新的机构来实现。 第二局部是对数据进行各种运算的装置， 巴贝奇把它命名为 “工场。第三局部是对操作顺序进行控制， 并对所要处理的数据及输出结果加 以选择的装置。它相当于现代计算机的控制器。为了加快运算的速度， 巴贝奇设计了先进的进位机构。 他估计， 使用分析机 完成一次 50位数的加减只要 1秒种，相乘那么要 1 分钟。计算时间约为第一台电

8、 子计算机的 100 倍。巴贝奇在分析机的计算设备上采用穿孔卡， 这是人类计算技术史上的一次重 大飞跃。巴贝奇曾在巴黎博览会上见过雅卡尔穿孔卡编织机。 雅卡尔穿孔卡编织 机要在织物上编织出各种图案，预先把经纱提升的程序在纸卡上穿孔记录下来， 利用不同的穿孔卡程序织出许多复杂花纹的图案。 巴贝奇受到启发， 把这种新技 术用到分析机上来，从而能对计算机下命令，让它按任何复杂的公式去计算。现代计算机的设计思想， 与 100 多年前巴贝奇的分析机几乎完全相同。 巴贝 奇的分析机同现代计算机一样可以编程， 而且分析机所涉及到的有关程序方面的 概念，也与现代计算机一致。1847年英国数学家布尔 Boole

9、 创立了布尔代数， 奠定了计算机进行逻辑运 算的根底。1936 年英国科学家图灵 Turing 发表了题为?论可计算数及其在判断问题 中的应用?的著名论文，奠定了计算机的理论和模型根底。美籍匈牙利数学家冯诺依曼Von Neuma nn确立了现代计算机的根本结 构，被称为冯 . 诺依曼结构。其主要特点为：1 计算机由五大部件组成；2 在计算机中，所有信息都采用二进制编码来表示；3 计算机采用存储程序的工作原理；冯诺依曼为计算机的开展铺平了道路，我们现在使用的计算机根本上都 是这种结构。通过幻灯片里丰富的图片向学生展示计算机开展之前的背景 2第一台电子计算机1946年2月15 日,世界上第一台通用

10、电子数字计算机 “埃尼阿克ENIAQ 宣告研制成功。 “埃尼阿克的成功，是计算机开展史上的一座纪念碑，是人类 在开展计算技术的历程中，到达的一个新的起点。“埃尼阿克计算机的最初设计方案， 是由 36岁的美国工程师莫奇利于 1943 年提出的计算机的主要任务是分析炮弹轨道。 美国军械部拨款支持研制工作， 并 建立了一个专门研究小组， 由莫奇利负责。总工程师由年仅 24岁的埃克特担任， 组员格尔斯是位数学家， 另外还有逻辑学家勃克斯。“埃尼阿克 共使用了 18000 个电子管，另加 1500个继电器以及其它器件，其总体积约 90立方米，重达 30 吨，占地 170平方米，需要用一间 30 多米长的

11、大房间才能存放，是个地地道道 的庞然大物。这台耗电量为 140 千瓦的计算机，运算速度为每秒 5000 次加法， 或者 400 次乘法，比机械式的继电器计算机快 1000倍。当“埃尼阿克公开展 出时，一条炮弹的轨道用 20 秒种就能算出来，比炮弹晒身的飞行速度还快。埃 尼阿克的存储器是电子装置，而不是靠转动的“鼓。它能够在一天内完成几千 万次乘法，大约相当天一个人用台式计算机操作 40 年的工作量。它是按照十进 制，而不是按照二进制来操作。 但其中也用少量以二进制方式工作的电子管， 因 此机器在工作中不得不把十进制转换为二进制， 而在数据输入， 输出时再变回十 进制。“埃尼阿克最初是为了进行弹

12、道计算而设计的专用计算机。但后来通过 改变插入控制板里的接线方式来解决各种不同的问题， 而成为一台通用机。 它的 一种改型机曾用于氢弹的研制。 “埃尼阿克程序采用外部插入式，每当进行一 项新的计算时， 都要重新连接线路。 有时几分种或几十分种的计算， 要花几小时 或 12 天的时间进行线路连接准备， 这是一个致命的弱点。 它的另一个弱点是存 储量太小，至多只能存 20个 10位的十进制数。英国无线电工程师协会的蒙巴顿 将军把“埃尼阿克的出现誉为“诞生了一个电子的大脑，“电脑的名称由 此流传开来。1996年 2月 15 日，在“埃尼阿克问世 50周年之际，美国副总统戈尔在 宾夕法尼亚大学举行的隆

13、重纪念仪式上，再次按动了这台已沉睡了 40 年的庞大 电子计算机的启动电钮。戈尔在向当年参加“埃尼阿克的研制，如今仍健在的 科学家发表讲话： “我谨向当年研制这台计算机的先驱者们表示祝贺。埃尼阿 克上的两排灯以准确的节奏闪烁到 46，标志着它于 1946 年问世，然后又闪烁到 96，标志着计算机时代开始以来的 50 年。3第一代：电子管计算机时代 （19461958） 。 这一代计算机的主要特点是采用电子管作为根本器件， 运算速度一般是每秒 数千次至数万次。 软件方面确定了程序设计的概念， 由代码程序开展到了符号程 序，出现了高级语言的雏型。这一时期主要是为了军事和国防尖端技术的需要， 客观上

14、却为计算机的开展奠定了根底。 比拟重要的一点是， 这时期的研究成果开 始扩展到民用，由实验室走向社会，又转为工业产品，形成了计算机产业。产业 化的好处社会化、商品化，竞争剧烈，促进技术的飞速开展。4第二代：晶体管计算机时代 （19591964） 。 这一时期电子计算机的根本器件为晶体管，因而缩小了体积，降低了寿命， 提高了运算速度和可靠性（一般每秒十万次，可高达 300 万次），而且价格不断 下降。后来又采用了磁芯存储器， 使速度得到进一步的提高。 软件方面出现了一 系列的高级程序设计语言，比方FORTRANCOBO等，并提出了操作系统的概念。 计算机的应用范围也进一步扩大， 参军事与尖端技术

15、方面延伸到气象、 工程设计、 数据处理以及其它科学研究领域。 计算机设计出现了系列化的思想， 缩短了新机 器的研制周期，降低了生产本钱，实现了程序的兼容，方便了新机器的使用。5第三代：集成电路计算机时代 19651970 。这个时期的计算机硬件采用中、小规模集成电路IC作为根本器件，计算 机的体积更小，寿命更长，功耗、价格进一步下降，而速度和可靠性相应地有所 提高，计算机的应用范围进一步扩大。 软件方面出现了操作系统， 软件出现了结 构化、模块化程序设计方法。软、硬件都向系统化、多样化的方面开展。由于集 成电路本钱迅速下降， 生产了本钱低而功能比拟强的小型计算机供给市场， 占领 了许多数据处理

16、的应用领域。其中，1965年问世的IBM360系列是最早采用集成 电路的通用计算机， 也是影响最大的第三代计算机。 它的主要特点是通用性、 系 列化和标准化。美国控制数据公司 CDC 1969年 1 月研制成功的超大型计算机 CDC760，0 速度达每秒 1 千万次浮点运算，是这个时期最成功的计算机产品。6第四代：大规模、超大规模集成电路计算机时代 1971 至今。采用超大规模集成电路VLSID和极大规模集成电路ULSID、中央处理 器CPU高度集成化是这一时的计算机的主要特征。1971年In tel公司制成了第 一批微处理器 4004，这一芯片集成了 2250个晶体管组成的电路，这样个人计算

17、 机Personal Computer,缩写为PC个人计算机又常称为PC机就应运而生,并 且得到迅猛开展。目前市场上的“奔腾Pentium芯片，集成了 800万个晶体管， 处理速度每秒可执行4亿条指令，PC机的主存扩展到128MB已很常见目前市 场上256MB已成主流，一张普通光盘目前的容量可到达 650MB 40倍速的光驱 早已面市，这些都意味着计算机性能的飞速提高。有两个重要事件需要注意： 一是 1971 年 11 月，美国 Intel 公司研制成功了 Intel4004微处理器，并在此根底上公布了世界上第一台微型计算机 MCS-4二是1981年8月，IBM PC Personal Com

18、puter微型计算机开发成功，这是新型 的个人计算机，也是最早的16位微型机产品。以后“ PC就成了个人计算机的 代名词。7我国计算机的开展1 9 5 6年，夏培肃完成了第一台电子计算机运算器和控制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理讲义1 9 5 7年，哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。1 9 5 8年，中国第一台计算机一一10 3型通用数字电子计算机研制成 功，运行速度每秒1 5 0 0次。1 9 5 9年，中国研制成功10 4型电子计算机，运算速度每秒1万次。I 9 6 0年，中国第一台大型通用电子计算机一一107型通用电子数字计 算机研制成功。1 9 6 3

19、年，中国第一台大型晶体管电子计算机一一10 9机研制成功。1 9 6 4年，441E全晶体管计算机研制成功。1 9 6 5年，中国第一台百万次集成电路计算机 “DJS U型操作系统 编制完成。1 9 6 7年，新型晶体管大型通用数字计算机诞生。1 9 6 9年，北京大学承接研制百万次集成电路数字电子计算机一一15 0 机。1 9 7 0年，中国第一台具有多道程序分时操作系统和标准汇编语言的计算 机441BE型全晶体管计算机研制成功。1 9 7 2年，每秒运算11万次的大型集成电路通用数字电子计算机研制成 功。1 9 7 3年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功。1 9 7 4 年，DJ

20、S130、 131、132、135、140、152、153等13个机型先后研制成功。1 9 7 6 年，DJS183、184、185、186、1804 机研制 成功。1 9 7 7年，中国第一台微型计算机DJS 0 5 0机研制成功。1 9 7 9年，中国研制成功每秒运算5 0 0万次的集成电路计算机HDS 9,王选用中国第一台激光照排机排出样书。19 8 1年，中国研制成功的2 6 0机平均运算速度到达每秒10 0万次。1 9 8 3年，“银河I号巨型计算机研制成功，运算速度达每秒1亿次。 1984年，联想集团的前身一一新技术开展公司成立， 中国出现第一次微 机热。1 9 8 5年，华光U型

21、汉字激光照排系统投入生产性使用。1 9 8 6年，中华学习机投入生产。1 9 8 7年，第一台国产的2 8 6微机长城2 8 6正式推出。1988年，第一台国产386微机长城386推出， 中国发现首例计 算机病毒。1 9 9 0年，中国首台高智能计算机EST/IS4260智能工作站 诞生，长城4 8 6计算机问世。1991年，新华社、科技日报、经济日报正式启用汉字激光照排系统。 1992年，中国最大的汉字字符集6万电脑汉字字库正式建立。1 9 9 3年，中国第一台10亿次巨型银河计算机U型通过鉴定。1994年，银河计算机U型在国家气象局投入正式运行， 用于天气中期预 报。1 9 9 5年，曙光

22、1 0 0 0大型机通过鉴定，其峰值可达每秒2 5亿次。 1996年，国产联想电脑在国内微机市场销售量第一。19 9 7年，银河川并行巨型计算机研制成功。 1998年，中国微机销量达408万台，国产占有率高达719。 1999年，银河四代巨型机研制成功。20 0 0年，我国自行研制成功高性能计算机“神威I，其主要技术指标 和性能到达国际先进水平。 我国成为继美国、 日本之后世界上第三个具备研制高 性能计算机能力的国家。8计算机的分类计算机可分为模拟计算机和数字计算机两大类。模拟计算机的主要特点是： 参与运算的数值由不间断的连续量表示， 其运算 过程是连续的， 模拟计算机由于受元器件质量影响，

23、其计算精度较低， 应用范围 较窄，目前已很少生产。数字计算机的主要特点是： 参与运算的数值用断续的数字量表示， 其运算过 程按数字位进行计算， 数字计算机由于具有逻辑判断等功能， 是以近似人类大脑 的思维 方式进行工作，所以又被称为“电脑。数字计算机按用途又可分为专用计算机和通用计算机。 专用与通用计算机在其效率、速度、配置、结构复杂程度、造价和适应性等 方面是有区别的。专用计算机针对某类问题能显示出最有效、 最快速和最经济的特性， 但它的 适应性较差， 不适于其它方面的应用。 我们在导弹和火箭上使用的计算机很大部 分就是专用计算机。这些东西就是再先进，你也不能用它来玩游戏。通用计算机适应性很

24、强， 应用面很广， 但其运行效率、 速度和经济性依据不 同的应用对象会受到不同程度的影响。根据美国电气和电子工程师协会（ IEEE） 1989 年提出的标准来划分的，即 把计算机分成巨型机、小巨型机、大型主机、小型主机、工作站和个人计算机等 6类巨型机 （Supercomputer）也称为超级计算机， 在所有计算机类型中其占地最大， 价格最贵，功能最强， 其浮点运算速度最快（1998年到达3.9TELOPS，即每秒3.9万亿次。只有少数 国家的几家公司能够生产。 目前多用于战略武器 （如核武器和反导武器） 的设计， 空间技术，石油勘探，中、长期天气预报以及社会模拟等领域。巨型机的研制水 平、生

25、产能力及其应用程度， 已成为衡量一个国家经济实力和科技水平的重要标 志。小巨型机 （Minisupercomputer）这是小型超级电脑或称桌上型超级计算机， 出现于 20世纪 80 年代中期。 功 能低于巨型机，速度能到达 1TELOP，S 即每秒 10亿次，价格也只有巨型机的十 分之一。大型主机 （Mainframe） 或称作大型电脑，覆盖国内通常说的大、中型机。其特点是大型、通用，内 存可达1KMB以上，整机处理速度高达300MIPS-750MIPS具有很强的处理和管 理能力。主要用于大银行、大公司、规模较大的高校和科研院所。在计算机向网 络化开展的当前，大型主机仍有其生存空间。小型机

26、（Minicomputer ， or:Minis） 结构简单，可靠性高，本钱较低，不需要经过长期培训即可维护和使用，对 于广阔中、小用户较为适用。工作站 （Workstation）介于PC机和小型机之间的一种高档微机（是机器而不是地方），运算速度 快，具有较强的联网的功能，用于特殊领域，如图像处理、计算机辅助设计等。它与网络系统中的 “工作站 ，在用词上相同， 而含义不同。 网络上的“工作站 泛指联网用户的结点，以区别于网络效劳器，常常由一般的 PC机充当。个人计算机 Personal Computer我们通常说的电脑、微机或计算机，一般就指的是PC机。它出现于20世纪 70年代，以其设计先进

27、总是率先采用高性能的微处理器 MPU、软件丰富、功能齐全、价格廉价等优势而拥有广阔的用户， 因而大大推动了计算机的普及应用。 PC机的主流是IBM公司在1981年推出的PC机系列及其众多的兼容机。可以这 么说，PC机无所不在，无所不用，除了台式的，还有膝上型、笔记本、掌上型、 手表型等。9计算机的特点1处理速度快。计算机快速处理的速度是标志计算机性能的重要指标之 一，也是她的一个主要性能指标。 衡量计算机处理速度的尺度一般是用计算机一 秒钟时间内所能执行加法运算的次数。 第一代计算机的处理速度一般在几十次到 几千次；第二代计算机的处理速度一般在几千次到几十万次； 第三代计算机的处 理速度一般在

28、几十万次到几百万次； 第四代计算机的处理速度一般在几百万次到 几千亿次，甚至几千万亿次。目前的微型计算机大约在百万次、千万次级；大型 计算机在亿次，万亿次级。如我国银河川为130亿次。在美国已运行1000亿， 2000亿次的计算机，近年又出现了万亿次的计算机。对微型计算机，现在常以 CPU的主频Hz标志计算机的运行速度，如早期的微型计算机如 XT机或186 机主频为4.77MHz 4.77兆赫；现在的微型计算机如 P3型，其主频在 750MHz以上；今日出现的 P4为1000MHz以上。极大地提高计算机的处理速度是计算机技术开展的主要目标。 因为计算机已 经或开始应用于科技开展的最尖端领域，而

29、这些领域里的信息处理是极为复杂， 十分精确，处理工作量巨大。例如生命科学中提出的课题多如此。再那么，由于人 类活动政治、军事、经济、文化的范围不断扩大，信息量与日狂增；不同信 息的交织日趋深渗、复杂、多样、精细；对信息的表现形式要求直观、自然、形 象，变幻；人们对信息的需求范围日趋广阔；对信息的处理要求时效性快、响应 及时。所有这些都要求有极高处理速度的计算机才能完成。 当然，不同应用领域、 不同应用课题对处理速度的要求各异， 但就人类的欲望而言是越快越好。 因为世 界瞬息万变，时不我待。从另一个角度说，没有高速度的处理就没有科学研究。2存储容量大，存储时间长久。随着计算机的广泛应用，在计算机内存 储的信息愈来愈多，要求存储的时间愈来愈长。因此要求计算机具备海量存储， 信