No1计算机发展史

信息科学导论2019/8/24信息科学导论2学生计算机基础调查从来没用过计算机聊天、玩儿游戏文字编辑、PPT等上网、查找学习资料组装过个人计算机写过程序参加过中学生信息奥林匹克竞赛信息科学导论3学生计算机基础调查非常喜欢计算机专业调剂过来的，不喜欢计算机专业不知道，家长给填报的志愿无所谓，反正已经念上了既来之，则安之！热爱自己的专业，学好自己的专业！树立目标，合理规划，不虚度大学时光！信息科学导论4课程性质课程性质：综述性、导引型课程粗线条介绍，作用：旅游出发前浏览地图。教学要求：了解、理解学习知识的四个层次：了解、理解、掌握、应用。不要求弄懂技术细节，后续课程会学习。教学目标：学完本课程，学生可以“知其然，但不知其所以然”，学生应该了解计算机学科的各个主题并充满了兴趣和好奇，同时又产生了太多的不理解和疑问，非常渴望探索其中的科学道理。信息科学导论5《计算机科学导论》侯惠芳张雪萍刘素华主编，北京邮电大学出版社，2007年11月第1版；《计算机科学概论》（原书第2版）[美]NellDaleJohnLewis，机械工业出版社，2005年9月第1版；《ComputingEssentials》，TimothyJ.O’LearyLindaI.O’Leary，高等教育出版社参考书目：联系方式:[e-mail]信息科学导论6授课方式与成绩评定课堂讲授和演示自学和书面作业成绩评测实验及考勤30%期末考试70%信息科学导论7澄清一个认识洗衣机≠计算机≠信息科学导论8用户与专业人员的区别对于使用洗衣机的人，没有必要懂得洗衣机的原理，只需要了解使用知识。对于从事洗衣机的研究、发展、设计和制造的人，不仅要懂得洗衣机的原理，还要懂得洗衣的原理。信息科学导论9启示？？？计算机应用技术≠应用计算机技术对于从事计算机系统的研究、发展、设计和制造的专业人员来说，不仅要懂得计算机系统的原理，还要懂得计算的原理。什么是计算机系统？什么是计算？“计算机学科概论”这门课是学习的开端今后的课程将从不同的角度回答这两个问题四年后，同学们应当自己回答这两个问题信息科学导论10计算机学科的基础知识计算机学科的专业知识计算机科学专业知识体系数学知识物理学及电子学知识学科基础知识学科专业知识高等数学线性代数概率与数理统计离散数学大学普物电路分析基础模拟电子技术数字逻辑电路计算机导论高级语言程序设计面向对象程序设计数据结构操作系统编译原理数据库系统原理软件工程计算机图形学人工智能信息科学导论111.1.1计算机的发展1.1.2计算机的特点与分类1.1.3微型计算机的发展1.1.4计算机的应用1计算机基础1.1计算机的发展及分类信息科学导论12第1章计算机基础本章讨论的主要问题是：1.计算机是计算工具吗？计算机出现之前人类用什么作为计算工具？2.计算机从诞生到现在经历了怎样的发展变化？未来的计算机可能是什么样的？3.我们大多数人接触过微型计算机，常识告诉我们微型计算机只是计算机家族的一员，还有哪些种类的计算机？4.计算机内部是什么样的？计算机是如何进行工作的？从文字处理到卫星导航，计算机神通广大的原因是什么？5.计算机系统在今天的生产生活中有哪些重要的应用？信息科学导论13第1章计算机基础人与其他动物的根本区别是——制造工具、使用工具还有什么启示？信息科学导论14情景问题——无处不在的计算机画图娱乐模拟世界上的事物制作影视特技帮助人进行决策帮助人进行设计帮助人制定计划……科学计算处理文字制作图案数据管理控制其他机器游戏发送消息识别语音计算工具信息处理机信息科学导论15中国古书中记载“上古结绳而治”。拉丁文中“Calculus”的原意是用于计算的小石子。计算工具：手指，采用十进制。绳子、石子的用途：延长手指的计算能力和存储能力。远古时代古巴比伦人采用60进制，玛雅人采用20进制。计算机的发展—早期计算工具1.计早期的计算工具信息科学导论16算筹：第一个人造计算工具。我国古代劳动人民最先创造和使用了这种简单的计算工具。南北朝时期，祖冲之用算筹作为计算工具将圆周率精确到3.1415926和3.1415927之间。春秋时期计算机的发展—早期计算工具信息科学导论17示例：计算206+15＋个位向十位产生进位阿拉伯数字是由古印度人民发明的，12世纪由阿拉伯人传入欧洲。祖冲之如何用算筹计算圆周率？人类为什么要发明计算工具？记数计算应用、需求驱动计算工具的发展计算机的发展—早期计算工具信息科学导论18算盘：计算工具发展史上第一次重大改革。我国古代劳动人民创造的。在英语中，算盘有两种拼法：abacus和Suan-Pan。算盘由算筹演变而来，并且和算筹并存竞争了一个时期，终于在元代后期取代了算筹。元代后期计算机的发展—早期计算工具信息科学导论19Napier算筹：英国人发明。用加法操作来实现乘法操作。1617年……计算机的发展—早期计算工具信息科学导论20示例：计算25×825×840＋16200从Napier算筹可以得到什么启示？将复杂运算转换为简单运算。计算机的发展—早期计算工具信息科学导论21数学原理：根据对数原理，在两个圆盘的边缘标注对数刻度，然后让它们相对转动，基于对数原理用加减法来实现乘除运算。18世纪末，瓦特在尺座上添置了一个滑标。1621年对数计算尺：英国人发明。计算机的发展—早期计算工具信息科学导论22中国：结绳记事算筹算盘英国：Napier算筹计算尺计算工具：手指算筹特征：手动运算：加减乘除乘方、开方、三角函数算盘计算尺计算机的发展—早期计算工具信息科学导论23机械式计算工具机械：利用力学原理组成的各种装置，如杠杆、滑轮以及枪炮等（新华字典）。滑轮计算机的发展—早期计算工具信息科学导论24帕斯卡加法器：法国人发明。背景：钟表技术、齿轮技术。帕斯卡加法器由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮来实现加减运算、用连杆实现进位。1642年启示：可以用机械工具来模拟人的思维活动。计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具信息科学导论25莱布尼茨四则运算器：德国人发明。工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。1673年机械的含义？需要手动上发条，然后就可以机械地实现计算——手动机械。计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具信息科学导论261673年手动上发条相当于现代计算机的什么操作？输入操作，如果找不到输入信息的机械方法，那么就不是真正意义上的机械式计算工具。计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具莱布尼茨四则运算器：德国人发明。工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。信息科学导论27穿孔卡片：法国人发明。JosephJacquard（雅各）发明了可编程织布机，通过读取穿孔卡片上的编码信息来自动控制织布机的编织图案。1804年计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具信息科学导论28穿孔卡片：本质上是一种输入设备。20世纪70年代还在普遍使用。010100100011010001100101计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具信息科学导论291822年差分机：英国人（巴贝奇）发明。背景：英国工业革命，航海和天文计算。差分机原理：任何连续函数都可以用多项式严格地逼近，例如：计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具+-+-=!7!5!3)sin(753xxxxx…信息科学导论301822年差分机：英国人（巴贝奇）发明。背景：英国工业革命，航海和天文计算。采用寄存器（齿轮式装置）来存储数据使计算工具从手动机械跃入自动机械。难点和关键是什么？不仅输入信息需要机械化，而且操作信息也要机械化。计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具信息科学导论31分析机：英国人（巴贝奇）发明。背景：瓦特发明了蒸气机。以齿轮为元件、以蒸汽为动力。虽然没有实现，但意义重大，采用了具有现代意义的装置：（1）存储装置（2）运算装置（3）控制装置（4）输入和输出装置1832年计算机的发展—早期计算工具机械式计算工具信息科学导论32机电：机械和电子设备的总称（新华字典）。计算机的发展—早期计算工具机电式计算机信息科学导论33制表机：美国人发明。背景：机电技术、美国人口普查，参与了美国1890年的人口普查工作。第一台可以自动进行加减乘除运算、累计存档、制作报表的机电式计算工具。输入、输出、存储均用穿孔卡片。人类历史上第一次利用计算工具进行大规模数据的自动处理。1886年计算机的发展—早期计算工具机电式计算机信息科学导论34Z-1计算机：德国人朱斯（zuse）发明。先后研制出Z-2、Z-3、Z-4。第一台采用二进制和继电器的通用程序计算机。二进制、浮点记数法、带存储地址的指令等思想已经有人提出，但朱斯第一次将这些思想具体实现。1938年启示：站在巨人的肩膀上，怎么才能站上去呢？——多读书，读好书计算机的发展—早期计算工具机电式计算机信息科学导论351937年英国数学家图灵(1912-1954)提出了著名的“图灵机”的模型，探讨了计算机的基本概念，证明了通用数字计算机是能够制造出来的。为了纪念图灵对计算机科学的重大贡献，美国计算机协会设有图灵奖，每年授予在计算机科学领域作出特殊贡献的人。1943年计算机的发展-图灵和图灵机信息科学导论36一条无限长的工作带：工作带上的每个元可以存放一个符号；所有允许出现的符号属于一个预先规定好的字母表。计算机的发展-图灵和图灵机PW/RB1111B1BM……一个读写头：读写头可以左移一个单元、右移一个单元或者保持不动。信息科学导论37一个控制器：控制器在每个时刻处于一定状态，当读写头从工作带上读出一个符号后，控制器就根据这个符号和当时的机器状态，指挥读写头进行读写或者移动，并决定是否改变机器状态。计算机的发展-图灵和图灵机PW/RB1111B1BM……信息科学导论38那么，图灵机怎样进行运算呢？例如做加法3+2=？开始先把最左单元放上特殊的符号B，表示分割空格，它不属于输入符号集。然后写上3个“1”，用B分割后再写上2个1”，接着在再填一个B，相加时，只要把中间的B修改为“1”，而把计算机的发展-图灵和图灵机PW/RB1111B1BM……最左边的“1”修改为B，于是机器把两个B之间的“1”读出就得到3+2=5。由于计算过程的直观概念可以看成是能用机器实现的有限指令序列，所以图灵机已被认为是过程的形式定义。信息科学导论391941年，朱斯向德国政府申请基金用来建造计算机，用于破译敌人的密码，德国政府没有批准。与此同时，英国政府秘密组建一个由科学家和工程师组成的绝密小组，1943年，图灵等人研制成功Colossus（巨人计算机），使得英国军方能够窃取并破译德国的军事情报。1943年计算机的发展-图灵和图灵机信息科学导论40莫克利埃克特1943年ENIAC：美国人发明。背景：军械部为计算弹道和射击表启动的计划，宾夕法尼亚大学。计算机发展——第一台电子数字计算机电子计算机信息科学导论41第一台电子计算机（ENIAC）5000次加法/秒体重约30吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW/小时信息科学导论42JohnvonNeumann冯诺依曼1949EDVAC计算机的发展-冯诺依曼存储程序工作原理：计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以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，直至完成全部指令任务为止。信息科学导论434.冯·诺依曼冯·诺依曼1903年出生，1921年至1925年他先后在柏林和苏黎世学习化学，1926年获得苏黎世化学工程文凭和布达佩斯数学博士证书。1930年他以客座讲师身