第一讲、计算机发展历史

大学计算机基础

授课人：李春翔副教授信息科学与工程学院课程中心：

搜索“大学计算机基础”信息技术与计算机信息技术计算机技术通信技术微电子技术课程介绍一门称为“怎么像计算机科学家一样思维”的课程，面向所有专业，而不仅仅是计算机科学专业的学生

目标一：掌握使用计算机使用的基本技能目标二：了解计算思维目标三：掌握基本的可视化程序设计方法和基本的数据库知识及应用废柴联盟出品计算思维举例问题：求1～100的累计和。

根据已有的知识，可以用“1+2+……+100”来求解，但显然很繁琐。

sum=1+2+3+……+100现在换个思路来考虑：首先设置一个累计器sum，其初值为0，利用sum=sum+i来计算（i依次取1、2、……、100），只要解决以下3个问题即可：（1）将i的初值置为1；

（2）每执行1次“sum=sum+i”后，i增1；

（3）当n增到101时，停止计算。此时，sum的值就是1～100的累计和。上面介绍的解题思维即是典型的计算思维方法---迭代方法，也叫循环问题：求1～100的累计和它是现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程CDIO工程教育理念就是要以这个全过程为载体培养学生的工程能力，其能力不仅包括学科知识，而且包括学生的终身学习能力、团队交流能力和在企业和社会环境下的构思-设计-实施-运行能力什么是CDIO？CDIO构思（Conceive）设计（Design）实施（Implement）运行（Operate）课程意义开拓视野：从信息技术的角度去看待世界通识学习：一个人可以主修英语或者数学，接着从事各种各样的职业。计算机科学也一样。一个人可以主修计算机科学，接着从事医学、法律、商业、政治，以及任何类型的科学和工程，甚至艺术工作基本技能：你会写公文吗？会做ppt吗？课程意义开拓视野掌握技能获得知识教学方式大班上课32学时（教室）小班讨论16学时（交互式教室）上机实践16学时（交互式教室）考核方式总成绩平时作业和点到上机实验期中考期末考课程内容

计算机科学概论VB程序设计数据库基础1.1计算机的史前时代1.2机械式计算机1.3从机械到电子的进程1.4电子计算机发展历史1.5奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6计算机发展趋势及新技术1.7小结第1章计算机发展历史14大学计算机基础——计算机科学概论1.1

计算机的史前时代1.1.1石头计算到算盘公元前3000年的古埃及人用结绳来记录土地面积和收获的谷物公元前2000年的美索不达米亚人用泥板计数公元500年前，南北朝数学家祖冲之就是用算筹计算出圆周率值介于3.1415926和3.1415927之间。15大学计算机基础——计算机科学概论1.1

计算机的史前时代1.1.1石头计算到算盘珠算被称为我国“第五大发明”，最早记录于汉朝人徐岳撰写的《数术记遗》一书里。算圣刘洪及其发明的珠算盘。16大学计算机基础——计算机科学概论1.1计算机的史前时代1.1.2计算尺和计算器纳皮尔算筹(Napier’sbones)1612年发明，可做乘法运算JohnNapier(1550-1617)英国的约翰·纳皮尔17大学计算机基础——计算机科学概论1.1计算机的史前时代1.1.2计算尺和计算器英国的威廉·奥却德(WilliamOughtred)的圆形计算尺，可做乘除运算风靡18－19世纪的计算尺，由蒸汽机发明人瓦特改造而来，能做加减乘除、乘方、开方、三角函数、指数函数、对数函数1.计算尺18大学计算机基础——计算机科学概论1.1计算机的史前时代1.1.2计算尺和计算器2.计算器Casio14-A1957年发明一款普通的袖珍电子计算器1.1计算机的史前时代1.2机械式计算机1.3从机械到电子的进程1.4电子计算机发展历史1.5奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6计算机发展趋势及新技术1.7小结第1章计算机发展历史20大学计算机基础——计算机科学概论1.2机械式计算机1.2.1契克卡德计算机1960年，根据示意图重新制作的契克卡德计算机：能做6位数加减法，机器上部附加一套“纳皮尔算筹”，因此也能进行乘除运算。威廉·契克卡德于1623年制造了第一台机械式计算机。WilhelmSchickard(1592-1635)21大学计算机基础——计算机科学概论1.2机械式计算机1.2.2帕斯卡加法机1642年发明：能自动进行加减运算BlaisePascal(1623–1662)布莱斯·帕斯卡

法国数学家、物理学家、思想家22大学计算机基础——计算机科学概论1.2机械式计算机1.2.3莱布尼兹乘法机1674年。这是第一台可以运行完整四则运算的计算机，整个机器由一套齿轮系统传动。【公元1700年左右，莱布尼茨从一位友人送给他的中国“易图”（八卦）里受到启发，率先提出了二进制的运算法则。】GottfriedLeibniz(1646–1716)戈特费里德·莱布尼兹23大学计算机基础——计算机科学概论1.2机械式计算机1.2.3莱布尼兹乘法机阴用断续线条“”表示、阳用连续线条“—”表示，两种线条的重叠形成四象、八卦、六十四卦。阴阳是两仪、两仪生四象、四象生八卦、八八六十四卦24大学计算机基础——计算机科学概论1.2机械式计算机1.2.5差分机和分析机现代计算机奠基人——查尔斯·巴贝奇CharlesBabbage(1791-

1871)1822年发明差分机，差分机设计闪烁出了程序控制的灵光──它能够按照设计者的旨意，自动处理不同函数的计算过程。计算精度是六位小数。25大学计算机基础——计算机科学概论1.2机械式计算机1.2.5差分机和分析机世界上第一位程序员——奥古斯塔·艾达·拜伦。她编制的三角函数的程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等，即使到了今天，电脑软件界仍然不敢轻易改动一条指令。AugustaAdaByron(1815-1852)后人根据巴贝奇图纸制造的“分析机”--通用的数学计算机1834年，巴贝奇提出通用计算机“分析机”构想，直至他去世也未制成。1.1计算机的史前时代1.2机械式计算机1.3从机械到电子的进程1.4电子计算机发展历史1.5奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6计算机发展趋势及新技术1.7小结第1章计算机发展历史27大学计算机基础——计算机科学概论1.3从机械到电子的进程1.3.1穿孔制表机HermanHollerith(1860-1929)美国著名统计专家——赫尔曼·霍列瑞斯1888年，霍列瑞斯发明的自动制表机，首次将穿孔卡技术应用于计算机输入。这不是通用计算机，除了能统计数据表格外，几乎没有别的用途。28大学计算机基础——计算机科学概论1.3从机械到电子的进程1.3.2电子文明的曙光——电子二极管、三极管JohnFleming(1848-1945)1904年，英国约翰·弗莱明发明真空二极管LeeDeForest(1873-1961)1906年，美国人李·德·福雷斯特发明能起放大作用的真空三极管。29大学计算机基础——计算机科学概论1.3从机械到电子的进程1.3.3冲击最后的技术壁垒1.Z系列计算机KonradZuse(1910-1995)数字计算机之父——克兰德·楚泽1945年发明，德国博物馆中存放的Z4计算机，使用了若干继电器，穿孔卡，30大学计算机基础——计算机科学概论1.3从机械到电子的进程1.3.3冲击最后的技术壁垒2.MARK系列计算机HowardAiken(1900-1973)MARK系列计算机发明人——霍华德·艾肯1944年发明，MARK-I，装备了3000多个继电器31大学计算机基础——计算机科学概论1.3从机械到电子的进程1.3.3冲击最后的技术壁垒2.MARK系列计算机计算机软件之母——GraceHopper(1906-1992)(a)一本介绍格蕾斯·霍波博士的书(b)海军军官霍波——摄于1984年保存在霍波笔记本中的第一个“bug”1.1计算机的史前时代1.2机械式计算机1.3从机械到电子的进程1.4电子计算机发展历史1.5奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6计算机发展趋势及新技术1.7小结第1章计算机发展历史33大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.1电子管计算机1.第一台电子计算机的诞生ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）：1946年2月14日，诞生使用弗莱明、德福雷斯特发明的电子管作为主要元件34大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.1电子管计算机1.第一台电子计算机的诞生ENIAC的指标：

每秒5000次加法

17468个电子管7200个二极管、70000个电阻器、10000个电容器、6000个继电器

占地170平方米

总重量30吨

耗电174KWENIAC两位设计者

——莫契利和埃克特ENIAC博物馆中的部分器件35大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.2晶体管计算机1.晶体管的诞生1947年，晶体管诞生。晶体管的三位发明人威廉·肖克利约翰·巴丁沃尔特·布拉坦36大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.2晶体管计算机1.晶体管的诞生晶体管与电子管的比较：体积比电子管小很多耗电大大降低稳定性有很大提高电子管实物晶体管实物1955年，贝尔实验室使用800只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算机TRADIC。(TransistorDigitalComputer)37大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.3集成电路计算机1.集成电路的诞生1959年，集成电路宣告诞生。1958年9月12日，杰克·基尔比（JackKilby）完成了他的集成电路设计。

1959年7月30日，罗伯特·诺伊斯（RobortNoyce）制出更新型的集成电路。他后来创办了大名鼎鼎的英特尔（Intel）公司。杰克·基尔比罗伯特·诺伊斯38大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.3集成电路计算机1.集成电路的诞生集成电路与晶体管的比较：晶体管实物集成电路实物1964年4月7日，IBM360计算机问世。IBM公司首次提出了系列机的概念，圆满地解决了计算机的兼容问题39大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.4大规模集成电路计算机1.微处理器的出现1971年，Intel公司制作了第一块微处理器芯片4004，将CPU（CentralProcessingUnit，中央处理器）集成在一块芯片上。第一块微处理器芯片Intel4004及其发明人特德·霍夫，此芯片比硬币还小，但集成了2250个晶体管。40大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.4大规模集成电路计算机2.微型计算机(1)第一台微型机：Altair88001975年，由微型仪器与自动测量系统公司（MITS）推出。(2)PC机：PersonalComputer1981年，IBM公司正式推出了全球第一台个人计算机——IBMPC。该机采用主频4.77MHz的Intel8088微处理器，运行Microsoft公司专门为IBMPC开发的MS-DOS操作系统。第一台微型计算机——Altair8800第一台个人计算机——IBMPC41大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.4大规模集成电路计算机2.微型计算机比尔·盖茨（BillGates）在哈佛大学学习期间就为第一台微型计算机Altair8800开发了BASIC编程语言。1975年，年仅20的盖茨与好友保罗·艾伦(PaulAllen)共同创建了Microsoft公司。1981年诞生的IBMPC机选用Microsoft公司的MS-DOS作为操作系统，随着PC机的风行，Microsoft公司逐渐成为世界第一大微机软件开发商。比尔·盖茨保罗·艾伦42大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.5第五代计算机人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模拟人的智能行为，理解人类自然语言，并继续向着微型化、网络化发展。综合起来大概有以下几个研究方向。人工智能计算机激光计算机超导计算机生物晶体计算机（DNA计算机）量子计算湖南大学超级计算机中心千万亿次计算能力的超级计算中心手动式计算工具20世纪60年代计算工具的发展简史（时间表）机械式计算工具1642年1886年机电式计算机20世纪30年代电子计算机元代1300年算盘远古1832年分析机计算器45大学计算机基础——计算机科学概论1.4电子计算机发展历史1.4.6总结起止年代主要元件主要元件图例速度（次/秒）特点与应用领域第一代1946年～20世纪50年代末电子管5千～1万次体积巨大，运算速度较低，耗电量大，存储容量小；主要用来进行科学计算第二代20世纪50年代中～20世纪60年代中晶体管几万～几十万次体积减少，耗电较少，运算速度较高，价格下降；不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务管理，并逐渐用于工业控制第三代20世纪60年代中～20世纪70年代初中、小规模集成电路几十万～几百万次体积、功耗进一步减少，可靠性和速度进一步提高；应用领域进一步拓展到文字处理、企业管理、自动控制、城市交通管理等方面第四代20世纪70年代初～至今大规模和超大规模集成电路几千万～几百万亿次性能大幅度提高，价格大幅度下降，广泛应用于社会生活的各个方面，进入办公室和家庭；在办公室自动化、电子编辑排版、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统等领域中大显身手摩尔定律

'你的手机运算能力相当于阿波罗登月时NASA所有计算机运算能力的总和。但NASA把人类发射到了月球，你却发射小鸟去砸猪'

作业一1、我与it:过去、现在、和将来2、请欣赏一部与人工智能的电影，写出观后感（推荐《人工智能》、《黑客帝国》、《源代码》）正确答案：A1.美国宾夕法尼亚大学1946年研制成功了一台大型通用数字电子计算机(

)。

(A)ENIAC

(B)Z3

(C)IBMPC

(D)Pentium课堂小练习正确答案：B2.第四代计算机采用大规模和超大规模(

)作为主要电子元件。

(A)微处理器

(B)集成电路

(C)存储器

(D)晶体管课堂小练习1.1计算机的史前时代1.2机械式计算机1.3从机械到电子的进程1.4电子计算机发展历史1.5奠定计算机理论基础的重要人物和思想1.6计算机发展趋势及新技术1.7小结第1章计算机发展历史51大学计算机基础——计算机科学概论1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想逻辑代数创始人，英国数学家——乔治·布尔(GeorgeBoole，1815-1864)1.5.1布尔及逻辑代数布尔建立了一门新的数学学科——逻辑代数，也称布尔代数。它为百年后出现的数字计算机开关电路设计提供了最重要的数学方法和理论基础。52大学计算机基础——计算机科学概论1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想信息论创始人，美国科学家——

克劳德·香农(ClaudeShannon，1916-2001)1.5.2香农及计算机开关电路1938年，克劳德.香农首次阐述了如何将布尔代数运用于逻辑电路，奠定了现代电子计算机开关电路的理论基础。香农是信息论的奠基人。53大学计算机基础——计算机科学概论1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想1.5.3图灵、图灵机及图灵测试

图灵是计算机逻辑的奠基者计算机与人工智能之父，英国数学家、逻辑学家——阿兰·图灵（AlanTuring，1912-1954）54大学计算机基础——计算机科学概论1.5.3图灵、图灵机及图灵测试1.图灵机1936年提出著名的“图灵机(TuringMachine)”的设想。1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想图灵机模型示意图55大学计算机基础——计算机科学概论1.5.3图灵、图灵机及图灵测试2.图灵测试

1950年10月，图灵第一次提出“机器思维”的概念。提出一假想：一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些问题判断对方是人还是计算机，那么，就可以认为这个计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。这就是著名的“图灵测试”（TuringTesting）。

1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想56大学计算机基础——计算机科学概论1.5.3图灵、图灵机及图灵测试3.图灵奖为纪念图灵对计算机领域做出的巨大贡献，国际计算机协会(AssociationforComputingMachinery，ACM)于1966年开始设立图灵奖(TuringAward)，有“计算机界诺贝尔奖”之称。首位华人获奖者——2000年图灵奖得主，姚期智首位女性获奖者——2006年图灵奖得主，法兰西斯·艾伦1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想姚期智法兰西斯·艾伦(FrancesAllen)57大学计算机基础——计算机科学概论1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想被“遗忘”的电子计算机之父

——约翰·阿塔纳索夫（JohnAtanasoff，1903-1995）存放在衣阿华州立大学的ABC计算机(Atanasoff-BerryComputer)1.5.4阿塔纳索夫及ABC计算机在计算机发展史上，有一位被“遗忘”的电子计算机之父——约翰·阿塔纳索夫。他先于ENIAC制成一台试验样机，可惜没被所在的依阿华大学重视，既没有给予足够的投资，也没申请专利，而后一直搁置在衣阿华大学物理楼的储存室里。58大学计算机基础——计算机科学概论1.5.6冯·诺伊曼及冯·诺伊曼结构1.5奠定现代计算机理论基础的重要人物和思想现代电子计算机之父——冯·诺伊曼

采用二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；

计算机由5部分构成：运算器、控制器、存储器、输入和输出装置；

程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器按程序指定的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来并逐条执行，从而自动完成程序