《计算机导论》清华大学版本第一课时

1、计算机发展简史 早期的计算工具1.1第一台电子计算机的诞生 机械计算机 机电计算机 电子计算机 中国 算筹 算盘早期的计算工具 欧洲 纳皮尔骨条 对数计算机尺 圆形滑动计算尺 现代性计算尺 第一台机械式计算设备 1623年 德国人威尔赫姆.谢克哈特 发明的计算器 帕斯卡计算器 1642年德国人帕斯卡发明 Pascal语言 莱布尼茨计算器 1673年德国人莱布尼茨发明 逻辑演示器 织布机 第一台能够实际应用的机械计算机 1820年 手摇计算机机械计算机 拆分机 1822年 巴贝奇 “程序自动控制”思想的萌芽 爱达 第一位程序员 第一台全操作性拆分机 1854年 乔治.舒尔茨 机械计算机 第一台全

2、部采用电器元件来制造计算机 德国 康拉斯.祖斯 马克一号（Mark-1) 继电器使用机电计算机人类追求的计算工具人类追求的计算工具1642 Blaise Pascal1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析机分析机计算机的诞生计算机的诞生 20世纪40年代中期，由于导弹、火箭、原子弹等现代科学的发展，出现了大量极其复杂的数学问题，原有的计算工具已无法满足要求；而电子学和自动控制技术的迅速发展，也为研制新的计算工具提供了物质技术条件。1946年，在美国宾夕法尼亚大学，由John Mauchly和J.P.Eckert 领导的研制小组为精确测算炮弹的弹道特性而制成了ENIAC 计算机

3、，这是世界上第一台真正能自动运行的电子数字计算机。它使用了18800只电子管，1500 多个继电器，耗电150KW,占地面积150,重量达30,每秒钟能完成5000次加法运算。尽管存在着许多缺点，但是它为电子计算机的发展奠定了技术基础。它的问世，标志着电子计算机时代的到来。自从第一台电子计算机诞生以来，至今不过短短的40多年时间。然而，它发展之迅速，普及之广泛，对整个社会和科学技术影响之深远，远非其它任何学科所能比拟。时至今日，计算机已经成为人们生产劳动和日常生活中必备的重要工具。电子计算机 1.2.1第一代计算机 （1946-1958年） 特点1.2计算机的发展电子管采用二进制程序可存储输入

4、输出装置主要用穿孔卡片主要用于科学计算IBM701 1.2.2第二代计算机 （1959-1964） 特点1.2计算机的发展晶体管磁芯存储器变地址寄存器、I/O处理机程序设计语言：汇编语言高级语言开始进入实时过程控制领域IBM7000 1.2.3第三代计算机 （1965-1970） 特点1.2计算机的发展集成电路半导体存储器微程序技术设计系统软件和应用软件发展小型计算机IBM360 1.2.4第四代计算机 （1971- ） 特点1.2计算机的发展微处理器或超大规模集成电路存储容量提升，光盘和激光打印机，高级程序语言微型计算机互联网应用更广泛 1.2.5第五代计算机 （20世纪80年代） 第五代计

5、算机是把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。它能进行数值计算或处理一般的信息，主要能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，能够帮助人们进行判断、决策、开拓未知领域和获得新的知识。人-机之间可以直接通过自然语言（声音、文字）或图形图象交换信息。第五代计算机又称新一代计算机。 1研究进程研究进程 1981年10月，日本首先向世界宣告开始研制第五代计算机，并于1982年4月制订为期10年的“第五代计算机技术开发计划”，总投资为1000亿日元，已顺利完成第五代计算机第一阶段规定的任务。 第五代计算机是为适应未来社会信息化的要求而提出的，与前四代计算机有着本质

6、的区别，是计算机发展史上的一次重要变革。 1.2计算机的发展 2存在不足存在不足 当前电子计算机存在的主要不足当前电子计算机存在的主要不足 首先首先，电子计算机虽然已具有一些相当幼稚的“智能”，但它不能进行联想（即根据某一信息，从记忆中取出其他有关信息的功能）、推论（针对所给的信息，利用已记忆的信息对未知问题进行推理得出结论的功能）、学习（将对应新问题的内容，以能够高度灵活地加以运用的方式进行记忆的功能）等人类头脑的最普通的思维活动。 其次其次，电子计算机虽然已经能在一定程度上配合、辅助人类的脑力劳动，但是，它还不能真正听懂人的说话，读懂人的文章，还需要由专家用电子计算机懂得的特殊的“程序语言

7、”同它进行“对话”。这就大大限制了电子计算机的应用、普及及大众化。 最后最后，电子计算机虽然能以惊人的信息处理来完成人类无法完成的工作（例如遥控已发射的火箭），但是它仍不能满足某些科技领域的高速、大量的计算任务的要求。例如，在进行超高层建筑的耐震设计时，为解析一种立柱模型受到摇动时的三维振动情况，用超大型电子计算机算上100年也难以完成。又如，原子反应堆事故和核聚变反应的模拟实验、资源探测卫星发回的图象数据的实时解析、飞行器的风洞实验、天气预报、地震预测等要求极高的计算速度和精度，都远远超出电子计算机的能力极限。由此可见，当今的电子计算机已不能适应信息社会的需要，必须在崭新的理论和技术基础上创

8、制新一代计算机。 3基本结构基本结构 第五代计算机基本结构基本结构通常由问题求解与问题求解与推理推理、知识库管理和智能、知识库管理和智能化人机接口化人机接口三个基本子系统组成。 问题求解与推理子系统问题求解与推理子系统相当于传统计算机中的中央处理器。与该子系统打交道的程序语言称为核心语言，国际上都以逻辑型语言或函数型语言为基础进行这方面的研究，它是构成第五代计算机系统结构和各种超级软件的基础。 知识库知识库管理子系统相当于传统计算机主存储器、虚拟存储器和文体系统结合。与该子系统打交道的程序语言称为高级查询语言，用于知识的表达、存储、获取和更新等。这个子系统的通用知识库软件是第五代计算机系统基本

9、软件的核心。通用知识库包含有：日用词法、语法、语言字典和基本字库常识的一般知识库；用于描述系统本身技术规范的系统知识库；以及把某一应用领域。如超大规模集成电路设计的技术知识集中在一起的应用知识库。 智能化人智能化人-机接口子系统机接口子系统是使人能通过说话、文字、图形和图象等与计算机对话，用人类习惯的各种可能方式交流信息。这里，自然语言是最高级的用户语言，它使非专业人员操作计算机，并为从中获取所需的知识信息提供可能。 4研究领域研究领域 当前第五代计算机的研究领域大体包括当前第五代计算机的研究领域大体包括人工智能人工智能，系统结构，系统结构，软工程和支援设备，以及对社会的影响等。软工程和支援设

10、备，以及对社会的影响等。 人工智能人工智能的应用将是未来信息处理的主流，因此，第五代计算的应用将是未来信息处理的主流，因此，第五代计算机的发展，必将与人工智能、知识工程和专家系统等的研究紧机的发展，必将与人工智能、知识工程和专家系统等的研究紧密相联，并为其发展提供新基础。电子计算机的基本工作原理密相联，并为其发展提供新基础。电子计算机的基本工作原理是先将程序存入存储器中，然后按照程序逐次进行运算。这种是先将程序存入存储器中，然后按照程序逐次进行运算。这种计算机是由美国计算机是由美国物理学家物理学家诺伊曼诺伊曼首先提出理论和设计思想的，首先提出理论和设计思想的，因此又称诺伊曼机器。第五代因此又称

11、诺伊曼机器。第五代计算机系统结构计算机系统结构将突破传统的将突破传统的诺诺伊曼伊曼机器的概念。这方面的研究课题应包括机器的概念。这方面的研究课题应包括逻辑程序设计逻辑程序设计机、机、函数机、相关代数机、抽象数据型支援机、数据流机、关系数函数机、相关代数机、抽象数据型支援机、数据流机、关系数据库机、据库机、分布式数据库系统分布式数据库系统、分布式信息、分布式信息通信网络通信网络等。等。 5发展意义发展意义 第五代计算机的发展必然引起新一代软件工程的发展，极大地第五代计算机的发展必然引起新一代软件工程的发展，极大地提高软件的提高软件的生产率生产率和可靠性。为改善软件和和可靠性。为改善软件和软件系统

12、软件系统的设计环的设计环境，将研制各种智能化的支援系统，包括智能程序设计系统、境，将研制各种智能化的支援系统，包括智能程序设计系统、知识库设计系统、智能超大规模集成电路输助设计系统、以及知识库设计系统、智能超大规模集成电路输助设计系统、以及各种智能应用系统和集成专家系统等。在硬件方面，将出现一各种智能应用系统和集成专家系统等。在硬件方面，将出现一系列新技术，如先进的微细加工和封装测试技术、砷化镓器件、系列新技术，如先进的微细加工和封装测试技术、砷化镓器件、约瑟夫森器件、光学器件、约瑟夫森器件、光学器件、光纤通信技术光纤通信技术以及智能辅助设计系以及智能辅助设计系统等。另外，第五代计算机将推动统等。另外，第五代计算机将推动计算机通信技术计算机通信技术发展，促进发展，促进综合业务数字网络的发展和通信业务的多样化，并使多种多样综合业务数字网络的发展和通信业务的多样化，并使多种多样的通信业务集中于统一的系统之中，有力地促进了社会信息化。的通信业务集中于统一的系统之中，有力地促进了社会信息化。巨型化微型化网络化智能化1.2.6计算机的发展趋势 分类依据1.2.7计算机的分类信号类型信号用途信号规模与性能数字计算机模拟计算机通用计算机专用计算机超级计算机大型计算机小型计算机工作站微型计算机计算机类型计算机类型特征特征用途用途举例举例超级计算机体