诺依曼结构计算机

1计算机概述1.中国古代计算工具

2.机械计算机的发展

3.冯·诺依曼式计算机

4.从ENIAC到“京”速计算机

21.中国古代计算工具

31.1中国古代计算工具中国古代数字的诞生与演变中国古代数字与其他古国数字相比较的优势算筹的产生与计算方法算盘的产生41.1中国古代计算工具1最初的计算工具——手指2易得的计数工具——石头、木棍、绳结3公园前四世纪战国时期，《周易·系辞下》上古结绳而治，后世圣人易之以书契digit——手指，整数calculus——计算，微积分，结石51.1中国古代计算工具仓颉造字隶首作数61.1中国古代计算工具在公元前1600年的殷商时期出土的各种器皿上，已经能找到各种数字了，中国古时就用十进制数字。71.1中国古代计算工具公元前11世纪以后的金文公元一世纪东汉时期的《说文》一二三四五六七八九十今天的中文小写数字*中国传统文化中没有0这个符号，唐朝后受印度影响采用的“.”，宋以后用的圆圈。

81.1中国古代计算工具古代埃及数字

1101001000100001000001000000？91.1中国古代计算工具古巴比伦的楔形文字中的数字101.1中国古代计算工具古巴比伦的楔形文字中的数字表示1表示10，采用60进制111.1中国古代计算工具古希腊用字母表示数字当字母和数字混写时，在数字上方加横线千以上重复，在左下加点2839121.1中国古代计算工具古代罗马的数字131.1中国古代计算工具古代印度的数字——即阿拉伯数字公元100年时十世纪传入阿拉伯后东西141.1中国古代计算工具传入欧洲后西班牙德国法国151.1中国古代计算工具数字作为最重要的计算工具，中国唐宋以后受印度的阿拉伯文影响，但是早期流传下来的十进制，按位摆放，单音读法都是比较先进和易于计算的，所以中文数字一致延续至今，比如银行单据上的大写数字。壹

貳

参肆

伍

陸

柒

捌

玖

拾佰仟萬

161.1中国古代计算工具《老子》“善数者不用筹策”《七发》“孟子执筹而筭，万不失一”《说文解字》“筭，长六寸，计历数者。言常弄乃不误也。”算筹171.1中国古代计算工具出土的西汉时期的算筹明《永乐大典》181.1中国古代计算工具算筹的摆放有两种方式，横式和纵式。竖横1500年前的《孙子算经》“凡算之法，先识其位，一纵十横，百立千僵，千十相望，万百相当。”即横式和纵式要间隔排放。191.1中国古代计算工具比如计算3748+289从左向右算=4037201.1中国古代计算工具比如计算4231-789从左向右算=3442211.1中国古代计算工具乘除运算略（时间不够可以放上。计算乘法49*36计算除法309÷7=44又1/7221.1中国古代计算工具和现在的笔算不同，筹算的加减乘除都是从左向右计算，因为笔算一旦落笔，就不好更改，而用算筹，可随时从高位取出一根或者添加一根筹码。唐宋以后筹算逐渐简化，并可以利用纸来代替算筹进行演算。为了减少书写比划，写的时候，常把筹码多的数进行简写。231.1中国古代计算工具明清后，筹算整体被算盘算取代，只保留了在纸上写的传统，除了123保留纵横外，其他符号都不再区分纵横式了，这种脱胎于算筹的符号称作苏州码子，又叫花码，商码。至今在港澳台，南洋的一些华人店铺中仍在使用。241.1中国古代计算工具251.1中国古代计算工具这两道菜多少钱呢？261.1中国古代计算工具老虎斑每两？元红瓜子每两？元271.1中国古代计算工具詹天佑修建的京张铁路的里程牌281.1中国古代计算工具算筹存在着纵横记数、占用地方面积大、运筹的数字较大容易出现失误等缺点。唐朝后，另一种计算工具走上了历史舞台，这就是算盘。算盘用带孔的珠子代替了竹棍，有档位限制，不易乱，又有计算口诀，学的快，准确性高，所以很快就普及了。291.1中国古代计算工具中国最早的算盘图见北宋画家张择端(1085-1145)的《清明上河图》长卷中一个药铺。301.1中国古代计算工具算筹和算盘有一个很重要的特点就是可以从左向右算，这与数字的读音顺序相同，算出一位就可以读出一位。所以，近现代很多速算技巧都是利用双手模拟成算盘，再用脑计数，很快就可以得出结果。计算结果可以一边算一边说出，速度非常快。传统文化赋予现代科学技术的新价值312.机械计算机的发展32伽利略的比例规纳皮尔的“算筹”帕斯卡的加法器莱布尼茨的乘法器杰卡德的提花机1.2机械计算机的发展331.2机械计算机的发展一意大利科学家伽利略（1564~1642）1597年，伽利略让工匠制作了一个比例规，用来计算不同口径的大炮发射不同密度的炮弹时应该填充的火药的量。后来炮手嫌计算麻烦，伽利略就更改了比例规的用途用作普通的数学计算，这算是欧洲早期用于计算的工具。341.2机械计算机的发展351.2机械计算机的发展二苏格兰数学家约翰·纳皮尔（1550~1617）361.2机械计算机的发展格子计算——印度人发明，经阿拉伯流入欧洲。明朝时传入我国，我国人民给这种计算方式起了个很好听的名字“铺地锦”。

371.2机械计算机的发展1614年，纳皮尔根据格子计算的原理，将数码刻在他发明的“算筹”上，形成了一种计算工具，起名为Napier’sBones，主要用来做乘除和开方运算。381.2机械计算机的发展例：573*468

391.2机械计算机的发展可以看出，通过“算筹”简化了乘的部分，转化为了加法和移位。而现代计算机中的乘法运算的实质也是二进制下的移位和加法运算，其原理是相同的。除法运算原理是转化为减法和移位计算，今天就不讲解了。401.2机械计算机的发展三法国数学家、物理学家、哲学家布莱士·帕斯卡（1623~1662）1642年，帕斯卡为了帮助父亲制作税务表格制作了加法机，Pascaline。，可以计算六位数字内的加减法。411.2机械计算机的发展依靠齿轮的旋转和抓钩的拨动

421.2机械计算机的发展今天，很多的简单计数装置也采用同样的原理。

431.2机械计算机的发展帕斯卡39岁病逝。世人为了纪念他，把压强的单位定义为了“帕”，他留给世人最著名的一句话就是“人只不过是一根脆弱的芦苇，而他却是一根有思想的芦苇”。441.2机械计算机的发展四德国哲学家、数学家莱布尼茨（1646~1716）莱布尼茨读到帕斯卡关于加法机的论文，并为加法机增加了一个“步进轮”，使机器可以进行连续的加法，这使得利用机器就可以进行乘除法运算。451.2机械计算机的发展1671年，莱布尼兹的手摇式齿轮计算机，可进行四则运算461.2机械计算机的发展这台机器诞生后，即成为了行业标准，直到上世纪70年代，世界上很多国家还在生产和使用这种手摇式计算机，直到逐渐被机电式机械计算机和电子计算机代替。471.2机械计算机的发展莱布尼茨对数学和计算科学做出了杰出的贡献，不但发明了机械式计算机，而且他还是微积分学科的创始人，参与了拓扑学的早期研究，更重要的是，他发明了二进制。二进制的运算规则比十进制要简单得多，从而使利用机械进行数学运算更加的简单可行。481.2机械计算机的发展从1671年到上世纪70年代，300多年的时间内，莱布尼茨的计算机可以说是最经典的机械计算机，用于计算的硬件条件初步具备，但是人类的研究并没有止步于此。很多人还在不断的探索，能不能让计算机自动的进行运算呢。491.2机械计算机的发展问题：为计算机写程序为什么叫“编程”呢？

编——《说文解字》解释“以丝次第竹简排列之曰编”。

孔子读易，韦编三绝。

501.2机械计算机的发展当用两组丝一横一纵交叉在一起，就是编织了，这两组丝一组叫经线，一组称纬线。

提花，是在编织过程中，以控制经线有序升降的方式，使经线和纬线相互交错，而在绸面上形成丰富多彩的花纹。

511.2机械计算机的发展明《天工开物》中画的提花编织机示意图

521.2机械计算机的发展1725年，法国纺织机械师布乔设计了很多带孔的纸带覆盖在经线上，有孔的地方钩针能通过拉起经线，没有孔的地方钩针被挡住，经线不能被拉起，使机器可以按照预先设计的图案进行编织，而且纸带可以重复利用。

531.2机械计算机的发展五法国发明家杰卡德（1752-1834）1808年，杰卡德把纸带换成了卡片，并添加了一个能够同时控制1200个提针牵动经线的装置，设计了“自动提花编织机”大大提高了编织效率，以至于他的名字Jacquard成为了提花机的代名词。

541.2机械计算机的发展杰卡德的一组卡片可以在他设计的机器上编织出相同的花布，这些卡片就是早期的程序了。编程最初就是用来设计提花机的卡片，到后期为计算机预先设计程序也就称作“编程”了。551.2机械计算机的发展计算机：在操作者的控制下，一组没有思维的机械零件，按照操作者预先设定的规则进行一系列有序动作（运算）之后，能够得到操作者希望得到的运算结果。561.2机械计算机的发展计算机发展到19世纪初，用于计算的齿轮计算机和存储程序的穿孔卡片都已经产生。这已经和现代计算机系统的两大组成部分硬件、软件非常契合了。573.冯·诺依曼结构计算机581.3冯·诺依曼结构计算机计算机之父查尔斯·巴贝奇差分思想冯·诺依曼体系的确立591.3冯·诺依曼结构计算机1946年电子计算机产生到现在已经近70年了，除了微电子工业的发展带来的大规模集成电路提升了计算机的运行速度外，计算机系统的体系结构未做过大的改动，是美国科学家冯·诺依曼确定下来的“运算器，控制器，存储器，输入输出设备”这五大基本结构。601.3冯·诺依曼结构计算机查尔斯·巴贝奇（1792~1871）611.3冯·诺依曼结构计算机1819年。巴贝奇查看用于计算的数学用表时，发现了大量的错误，因为当时的数学用表是由被称作“Computer”的计算工人和“Printer”的印刷工人制作的，人工的计算总是会出现各种错误，巴贝奇就想能不能利用机械计算机来计算数学用表。

621.3冯·诺依曼结构计算机作为一个数学天才，巴贝奇利用了差分的概念做了一个可以求二次多项式函数值的机器。631.3冯·诺依曼结构计算机变量X函数值Y一次差分二次差分函数Y=x2+2x+11429316574259225？1136++641.3冯·诺依曼结构计算机对于任意函数f(x)=ax2+bx+c。其二次差分常数=|2!|对于任意函数f(x)=axn+bxn-1………其n次差分常数=|n!|651.3冯·诺依曼结构计算机Y=x4XY1次差分2次差分3次差分4次差分112163814256562515651753695011019460842461296671302108247++++2401只要将差分表求和，可求出下一个x的函数值。即多项式函数的结果可以用简单的加法求的。661.3冯·诺依曼结构计算机随着微积分学的发展，人们发现，任何连续函数都可以用多项式逼近，即可用多项式来无限靠近函数结果。而多项式的函数值可以通过差分运算完全转化为加法和移位。这就是巴贝奇制作的差分机的思想。671.3冯·诺依曼结构计算机将复杂运算转化为简单的加法和机械式移位，在人类的运算历史中已经很多次应用了，从算筹，格子运算到差分机，以至现在电子计算机的运算原理，都是以此为原理。这就是老子的“大道至简”681.3冯·诺依曼结构计算机1834年，巴贝奇在法国看到了使用穿孔卡片的提花编织机，当时他就考虑到了使用穿孔卡片的方式可以为差分机输入指令。后来，巴贝奇又想设计一种可以计算任何数学运算的分析机，在分析机的设计过程中，他首次提出把分析机主体分为运算室、存储室和控制室三部分，并且使用穿孔卡片作为分析机的信息输入、输出载体。

691.3冯·诺依曼结构计算机受限于当时零件加工水平，直至1871年去世，巴贝奇没能完成制作，只留给了后人几千页的论文和设计图稿。701.3冯·诺依曼结构计算机1991年11月29日，根据巴贝奇手稿制作的差分机制作成功。711.3冯·诺依曼结构计算机赫尔曼·霍勒瑞斯发明穿孔卡片机用于了1890年美国的人口普查，后来他的公司和其它公司合并为InternationalBusinessMachineCorporation721.3冯·诺依曼结构计算机1944年，哈佛大学的霍华德·艾肯把巴贝奇的计算机改成了电子器件式制成了Mark-I型计算机。成为世界上第一台自动数字计算机。艾肯说“Mark-I把巴贝奇的梦想变为了现实”731.3冯·诺依曼结构计算机美国普林斯顿大学的数学教授冯·诺依曼，继承并发扬了巴贝奇的设计思想，彻底改变了计算机的发展里程。

741.3冯·诺依曼结构计算机1943年，美国军方为了测算导弹的弹道，与宾州大学合作制作大型电子计算机“ENIAC”，1945年冯~诺依曼参观ENIAC的制作现场，指出了ENIAC的设计缺点，没有存储器。从此冯诺依曼成为了ENIAC的设计顾问。751.3冯·诺依曼结构计算机1945年6月，冯诺依曼与ENIAC的制作团队发表了一篇101页的报告：1采用二进制进行运算2计算机的五大组成部分“运算器，控制器，存储器，输入输出设备”3计算机运行的基本思想是程序存储和程序控制。这份文献奠定了现代计算机的体系结构。761.3冯·诺依曼结构计算机冯氏计算机的计算流程774.从ENIAC到“京’速计算机78ENIAC的诞生计算机发展的四个时代现代超级计算机的运算速度1.4从ENIAC到”京”速计算机791.4从ENIAC到”京”速计算机1946年，经过三年研制，电子数字积分计算机(ENIAC)诞生于美国宾西法尼亚大学。这是世界上第一台通用计算机。它的出现，标志着计算机时代的到来801.4从ENIAC到”京”速计算机从1946年至今，电子计算机已经走过了近70年的历程，从ENIAC每秒5000次加法运算到现在一个手机处理器的运行速度都能达到每秒几十亿次。如果历数这70年的发展进程，电子计算机的发展可以根据其使用的电子器件划分为四个时代。

811.4从ENIAC到”京”速计算机1电子管时代1946~1956采用真空电子管作为计算机的主要原件没有通用的操作系统，各机型用不同语言操作821.4从ENIAC到”京”速计算机2晶体管时代1956~1964831.4从ENIAC到”京”速计算机3集成电路时代1964~19701961年：集成电路专利授予罗伯特·诺伊斯

1968年：罗伯特·诺伊斯和朋友戈登·摩尔创立了企业MooreNoyce，但注册时发现被一个连锁旅店注册过了，只得改名IntegratedElectronics841.4从ENIAC到”京”速计算机4大规模集成电路时代1971~11.7亿晶体管1971年intel公司制作了第一代微处理器4004。集成了2250个晶体管，功能与ENIAC相匹。标志着大规模集成电路时代和计算机民用化时代的开始。851.4从ENIAC到”京”速计算机1965年，摩尔准备一个关于计算机存