新编计算机导论 课件 1.2 计算机与计算-计算机的产生与发展

计算机与计算新编计算机导论计算机的产生与发展计算机史前史01计算机的产生与发展02本节CAPACITY内容23文字发明之前的初期计算工具1.计算机史前史结绳为记，事大，大结其绳；事小，小结其绳，之多少，随物众寡。--东汉郑玄《周易注》4手动式计算工具1.计算机史前史特点：手动辅助数字计算过程，计算过程/方法（即算法）需要使用者来记录并操作执行算筹算筹的摆法算盘纳皮尔计算器计算尺5机械式计算工具1.计算机史前史计算钟——1623年，德国数学家谢克哈特发明第一台机械式计算设备，计算钟上部附加一套纳皮尔算筹能进行6位加减乘除运算，利用一组互相咬合的齿轮的转动来完成计算，铃声输出答案齿轮上有10根辐条分别表示一个数字，每当一个齿轮转过一周时，其左边齿轮则移动一格，并刻痕表示进一位加法器——1642年，帕斯卡发明齿轮式能实现加减法运算的加法器；用齿轮表示和存储十进制各数位上的数字，低位齿轮每转动10圈，高位齿轮转动一圈机器可自动执行一些运算规则，“数”在计算过程中自动存储乘法器——1673年莱布尼茨对加法器进行改进，制造了一台能够进行加减乘除四则运算的机械式计算器，实现了计算规则的自动、连续、重复执行，开辟了自动计算的道路；进行乘法运算时采用进位加方法，该方法后来演化为二进制算术运算规则，被现代计算机采用这些机器都缺乏程序控制的功能6雅各织布机1804年，法国机械师约瑟夫·雅各发明了可编程织布机雅各织布机虽然不是计算工具，但是它第一次使用了穿孔卡片这种输入方式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，引起了法国纺织工业革命1.计算机史前史用孔洞位置或其组合表示信息（纸带上穿孔为1，无孔为0）7差分机由多个直立铜柱组成，每个铜柱垂直装配有6个齿轮，齿轮对应的字轮上有0~9，不同的字轮代表十进制的不同位，通过齿轮的彼此咬合传动完成计算。1822年，英国剑桥大学著名数学家查尔斯·巴贝奇受编织机启发，耗时10年，研制成功第一台差分机1.计算机史前史可用于计算数的平方、立方、对数和三角函数，能进行8位数运算，计算精度达6位小数创新之处有三组字轮作为寄存器（Register）来存放计算中涉及的数据可以按预先安排好的计算步骤进行一连串的计算，可以看作是“程序自动控制”思想的萌芽8分析机输入装置——穿孔卡片输入数据齿轮式的存储装置（“仓库”）——能存储1000个50位十进制数的容量资料处理装置“工厂”——完成加减乘除，还能根据运算符号改变计算进程控制装置——使用指令进行控制，指令通过穿孔卡片顺序输入处理装置输出装置——穿孔卡片或者打印机输出1833年，巴贝奇设计出分析机模型，模型包含现代计算机所具有的5个基本组成部分1.计算机史前史分析机同样是以蒸汽引擎驱动，吸收提花织布机的优点，使用打孔卡输入资料，其中的重要创新是用齿轮模拟算盘的算珠巴贝奇在1835年提到，分析机是一部一般用途的可编程化计算机，其思想超越了当时的科学水平，分析机没有完成。但在巴贝奇的设计中，它拥有可扩展的内存、一个中央处理器、微指令、并使用穿孔卡来编程9机电式计算工具1.计算机史前史图1Z3计算机（1941年）图3哈佛大学MarkⅠ（1944年）图2ABC模型机（1940年）图4COLOSSUS机（1943年）10第一台计算机ENIAC运算速度为每秒5000次加法，比已有计算工具快1000倍，当时需要100多名工程师花费1年才能解决的计算问题，它只需要2个小时就能给出答案，一度被誉为“比炮弹还要快的计算机”世界上第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，电子数字积分仪和计算机）于1946年在美国研制成功ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元。有人将其称为人类第三次产业革命开始的标志2.计算机的产生与发展耗电量惊人，功率为150千瓦存储容量小，至多只能存20个字长为10位的十进制数与后来的存储程序型的计算机不同，它的程序是外插型的，计算某题目前需要先由人工接通数条线路，使用不方便使用的仍然是十进制，基本结构和机电式计算机没有什么区别11冯·诺依曼计算机1944年，美籍匈牙利数学家冯•诺依曼参加的原子弹研制项目受阻，主要因为遇到了极为困难的计算问题，在得知ENIAC的研制计划后，冯•诺依曼加入了研发工作。经过对ENIAC不足之处的认真分析和讨论，冯•诺依曼提出了重大的改进理论，即EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，意为“离散变量自动电子计算机”）方案2.计算机的产生与发展计算机的基本结构应由五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系计算机应采用二进制形式表示数据和指令提出了“二进制”与“存储程序”的设计思想1945年6月，冯•诺依曼发表计算机史上著名的“101页报告”，报告对EDVAC计划进行了描述，冯诺依曼思想的核心要点如下12冯·诺依曼计算机冯·诺依曼思想标志着自动运算的实现和电子计算机的成熟，该思想已成为电子计算机设计的基本原则“存储程序”概念被誉为“计算机发展史上的一个里程碑”，它确定了现代电子计算机硬件的基本结构，奠定了现代计算机的基础2.计算机的产生与发展计算机科学界把采用0、1符号编码方法和存储程序方法设计的计算机称为冯·诺依曼计算机世界上第一台存储程序计算机是剑桥大学研制的电子延迟存储自动计算机EDSAC（ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator），于1949年投入运行13计算机的发展阶段（按照采用的电子器件划分）第一代计算机（1946——1957年）第二代计算机（1958——1964年）2.计算机的产生与发展第三代计算机（1965——1970年）第四代计算机（1971s—）新一代计算机电子管计算机，主要逻辑元件采用电子管晶体管计算机