大学计算机-计算思维视角 课件 1.1 计算机的诞生

计算机的诞生章名：主讲人：节名：计算机与计算思维计算工具的演变第一台计算机的诞生冯•诺伊曼和图灵1234

计算工具的产生源于对计算的需求，自古以来，人类就在不断地发明和改进计算工具，计算工具经历了从简单到复杂，从低级到高级，从手动到自动的发展过程，而且还在不断发展。计算工具的演变结绳记事算筹手动式计算工具算筹的摆法计算工具的演变算盘加法口诀计算工具的演变硬件体系化算法机械式计算工具

1642年，年仅19岁的法国物理学家布莱士.帕斯卡（BlaisePascal,1623-1662）制造出第一台机械式计算器“加法器”。这台计算机器是手摇的，也称为“手摇计算机器”，只能计算加法和减法。帕斯卡从加法器的成功中得到结论：人的某些思维过程与机械过程没有差别，因此可以设想用机械来模拟人的思维活动。加法器计算工具的演变

1761年，德国数学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（GottfriedWilhelmLeibniz，1646－1716），改进了帕斯卡的加法器，制成了能进行完整四则运算的乘法机。莱布尼兹同时还提出“把计算交给机器去完成，使优秀的人才从繁重的计算中解脱出来”。同时，莱布尼兹从中国的易经八卦中获得灵感，完成了对二进制的研究。乘法机计算工具的演变

1819年，英国著名数学家、发明家查尔斯·巴贝奇（CharlesBabbage1791-1871）从提花纺织机上获得灵感，设计了差分机，并于1822年制造出差分机模型。所谓“差分”，就是把函数表的复杂算式转化为差分运算，用简单的加法代替平方运算。差分机是最早采用寄存器来存储数据的计算机，体现了早期程序设计思想的萌芽。差分机计算工具的演变计算工具的演变机电式计算机随着电力技术的发展，电动式计算机逐步取代了以人工为动力的计算机。1880年，为了完成美国人口普查的需求，德裔美籍统计学家赫尔曼·何乐礼（HermanHollerith，1860－1929）发明了穿孔制表机，仅用3年就完成了需人工统计要10年才能完成的人口普查，制表机的发明第一次把数据转换成二进制进行处理，这种方法一直沿用到至今。何乐礼在1896年成立了制表机器公司，后来成为IBM的前身。何乐礼和制表机计算工具的演变1904年，英国物理学家与电气工程师弗莱明（1849—1945)发明了第一只电子二极管，是人类历史上第一只电子器件。1907年，美国发明家德福雷斯特(1873—1961)在真空二极管的基础上加以改良，制造出第一支电子三极管。20世纪30年代后期，许多研究者将目光投向制造电子管计算机这一领域。计算工具的演变

1944年，英国为了破译德国人的密码，研制了“巨人”电子数字计算机，在“巨人”机研制前，英国破译德军的密码需要6至8个星期，而使用“巨人”机后仅需6至8小时。出于战争的需要，英国将“巨人”计算机视为“国家机密”，并在战争后进行了秘密销毁。第一台计算机的诞生20世纪40年代，在第二次世界大战期间，美国宾夕法尼亚大学电工系由莫利奇和艾克特领导，为美国陆军军械部研制了一台用于弹道轨迹计算的“电子数值积分和计算机”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator简称ENIAC）。工作中的ENIAC第一台计算机的诞生两位发明人莫利奇和艾克特ENIAC使用的电子管第一台计算机的诞生占地面积170平方米总重量30吨使用了18000只电子管，6000个开关，7000只电阻，10000只电容，50万条线耗电量150千瓦每秒可执行5000次加法或400次乘法运算ENIAC和女程序员第一台计算机的诞生1946年2月14日在美国举行了揭幕典礼。1955年10月2日，“埃尼阿克”宣告“退役”

。1996年2月14日，美国副总统戈尔再次启动了这台计算机，以纪念信息时代的到来。第一台计算机邮票第一台计算机的诞生ENIAC不完善之处：1、存储器容量小，至多存储20个10位十进制数，而且存储单元仅用来存放数据，不能存放程序；2、“程序是外插的”，利用配线或开关来进行外部编程，每次解题都要靠人工改线，准备时间过长，降低了总体运行效率。第一台计算机的诞生计算机的体系结构是冯·诺依曼模型体系结构。计算机的计算模型是基于图灵机模型。冯·诺依曼冯•诺依曼与ENICA冯·诺依曼（JohnvonNeumann，1903~1957），原籍匈牙利，布达佩斯大学数学博士。20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才之一，先后执教于柏林大学和汉堡大学，1930年前往美国，后入美国籍。冯·诺依曼离散变量自动电子计算机EDVAC(ElectronicDiscreteVariable

AutomaticComputer）电子数值积分和计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）为了解决ENIAC的问题，冯·诺依曼以顾问的身份与研制ENIAC的原班人马合作，着手研制新机器EDVAC，冯·诺依曼在与工作组成员共同探讨的基础上提出了程序和数据都应该存储在存储器中，按照这种方法，每次使用计算机来完成一项新的任务，工作人员只需改变程序，而不用重新布线或者调节成千上万的开关。冯·诺依曼冯诺依曼提出了一个“存储程序”的计算机方案：计算机基本工作原理是存储程序和程序控制，自动执行。计算机使用二进制。计算机由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

以运算器为中心，控制器负责解释指令，运算器负责执行指令。现代几乎所有的计算机都是冯·诺依曼体系结构，被称为“现代计算机之父”。图灵艾伦·麦席森·图灵（AlanMathisonTuring，1912年6月23日－1954年6月7日），英国数学家、逻辑学家，被称为“计算机科学之父”，“人工智能之父”。1931年图灵进入剑桥大学国王学院，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位，二战爆发后回到剑桥，后曾协助军方破解德国的著名密码系统，帮助盟军取得了二战的胜利。图灵图灵1936年图灵发表了著名的《论数学计算在决断难题中的应用》一文，提出了理想计算机的数学模型----图灵机（TuringMachine）。图灵图灵机是指一个抽象的机器，通过某种一般的机械步骤，原则上能一个接一个地解决所有的数学问题。图灵把人在计算时所做的工作分解成简单的动作，把人的工作机械化，并用形式化方法成功地表述了计算这一过程的本质。图灵机反映的是一种具有可行性的用数学方法精确定义的计算模型，而现代计算机正是这种模型的具体实现。图灵为了纪念图灵对计算机科学的巨大贡献，由美国计算机协会（ACM）于1966年设立一年一度的图灵奖，以表彰在计算机科学中做出突出贡献的人，图灵奖被喻为“计算机界的诺贝尔奖”。图灵奖奖杯图灵人工智能之父：1950年他发表论文《计算机器与智能》（ComputingMachineryandIntelligence），为后来的人工智能科学提供