《计算机发展史》课件

计算机发展史从早期机械计算器到现代的超级计算机，计算机技术经历了巨大的发展。从简单的算术运算到处理复杂的信息，计算机改变了我们的生活。作者：计算机发展概述11.从机械到电子从早期的手动机械计算器，到现代的电子计算机，经历了漫长的发展历程。22.从专用到通用计算机从最初的专用计算工具，发展成为通用计算平台，可以处理各种任务。33.从大型机到微型机计算机的体积和成本大幅下降，个人电脑和移动设备的普及率不断提升。44.从单机到网络互联网和移动互联网的兴起，使得计算机连接成网络，实现信息的共享和互动。计算机早期历史1算盘公元前2000年，中国发明算盘，世界上最早的计算工具。2纳皮尔的算筹1617年，苏格兰数学家纳皮尔发明算筹，简化乘法运算。3帕斯卡计算器1642年，法国数学家帕斯卡发明机械式加减计算器。4莱布尼茨计算器1673年，德国数学家莱布尼茨发明了可以进行乘除运算的计算器。这些早期计算工具奠定了计算机发展的基础，为后来的电子计算机的诞生铺平了道路。巴贝奇的分析引擎查尔斯·巴贝奇是英国数学家和机械工程师。他设想并设计了分析引擎，这是第一台通用机械计算机，被认为是现代计算机的先驱。分析引擎是一个复杂的机械装置，旨在执行各种算术和逻辑操作。它包含了中央处理器、存储器和输入/输出设备，与现代计算机的结构非常相似。庞大的机电计算机20世纪40年代，美国哈佛大学研制成功了世界上第一台大型机电计算机MarkI。它由大量继电器、齿轮和轴组成，体积庞大，占地1500平方英尺。MarkI可以执行算术运算、三角函数计算和表格生成等任务，但运行速度缓慢，编程困难，维护成本高。第一台电子计算机ENIAC庞大而复杂ENIAC占地167平方米，重达30吨，由18,000个真空管、70,000个电阻器、10,000个电容器和1,500个继电器组成。用于弹道计算ENIAC主要用于计算弹道轨迹，为二战期间的美国军队提供精确的炮弹射击数据。女性程序员ENIAC的程序员大部分是女性，她们负责编写复杂的程序，用以控制计算机的运行。储存程序概念的诞生冯·诺依曼体系结构将指令和数据统一存储在内存中，并通过程序计数器（PC）控制指令的执行顺序。程序的自动执行通过读取和执行预先存储在内存中的指令，计算机可以自动完成任务，无需人工干预。通用计算能力储存程序概念使得计算机能够执行各种不同的程序，成为通用计算设备，而非特定用途的机器。第一台可编程电子计算机曼彻斯特马克1号计算机，也称作“小巨人”，是世界上第一台可编程电子计算机。1948年，曼彻斯特大学研制成功。马克1号计算机使用威廉姆斯管存储器，并采用冯·诺依曼体系结构，能够执行指令序列，标志着现代计算机的正式诞生。晶体管的发明1947年贝尔实验室的威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿成功研制出世界上第一个晶体管晶体管用半导体材料制成的电子元件，可以放大和开关电子信号应用取代笨重且耗能的真空管，使计算机体积大幅缩小，性能大幅提升集成电路的出现集成电路的出现是计算机发展史上的一个里程碑。它将多个晶体管和电阻器等电子元件集成到一块硅片上，极大地提高了计算机的性能和可靠性，降低了成本。19581958杰克·基尔比发明了第一块集成电路。19591959罗伯特·诺伊斯发明了平面工艺集成电路。1960s1960s集成电路的应用开始普及。微处理器时代的开启集成电路的突破集成电路技术的出现，将多个晶体管集成到一块硅片上，极大地提高了计算机的性能和效率。微处理器的诞生1971年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器——Intel4004，标志着微处理器时代的到来。个人电脑的雏形微处理器的出现为个人电脑的诞生奠定了基础，它极大地降低了计算机的成本和体积。技术的飞跃微处理器技术的不断发展，使得计算机的运算速度、存储容量和功能都得到了显著提升。个人电脑的兴起苹果II1977年，苹果II电脑问世，标志着个人电脑时代的正式开启。苹果II拥有图形界面、游戏和办公软件，推动了个人电脑的普及。IBMPC1981年，IBM发布了IBMPC，它采用开放式架构，吸引了大量第三方厂商。IBMPC成为个人电脑的标准，为后来Windows操作系统的诞生奠定了基础。图形用户界面的发展图形用户界面（GUI）彻底改变了人机交互方式。它将复杂命令行界面转换为直观的图形化操作，简化了计算机使用。XeroxPARC在1970年代初期开发了第一个现代GUI，为AppleMacintosh和MicrosoftWindows等操作系统奠定了基础。鼠标、图标、菜单和窗口等元素，使计算机操作更加直观，促进了个人电脑的普及，极大地改变了人们的生活和工作方式。互联网的诞生1ARPANET美国国防部高级研究计划局网络2TCP/IP协议互联网协议族3万维网全球信息共享平台互联网的诞生可以追溯到20世纪60年代末的美国。美国国防部高级研究计划局（ARPA）为了建立一个能够在核战争中仍然保持通信的网络，于1969年启动了ARPANET项目。1983年，TCP/IP协议成为互联网的标准协议，标志着互联网正式进入发展阶段。1989年，万维网的发明使互联网成为一个全球性的信息共享平台，极大地改变了人们的生活和工作方式。万维网的出现1万维网诞生1989年，蒂姆·伯纳斯·李在欧洲核子研究组织（CERN）提出了万维网的概念，并在1991年成功发布了第一个网页浏览器和服务器。2HTML和URL万维网使用超文本标记语言（HTML）来创建网页，并通过统一资源定位器（URL）来访问这些网页。3互联网发展加速万维网的出现推动了互联网的快速发展，人们可以轻松地共享信息，并通过互联网访问各种资源。移动互联网时代智能手机的普及推动了移动互联网的快速发展，为人们带来了全新的生活方式。无线网络技术的进步为移动互联网提供了可靠的连接，让信息传播更加便捷。社交媒体平台的兴起，改变了人们的社交方式，促进了信息分享和互动。移动应用程序的爆发式增长，为人们提供了各种各样的服务，满足了多元化的需求。人工智能的发展历程1早期萌芽20世纪50年代，人工智能的概念首次出现，主要关注符号推理和逻辑问题解决。2知识工程时代20世纪70年代，专家系统兴起，试图将人类专家的知识融入计算机系统。3机器学习时代20世纪80年代，机器学习技术取得突破，计算机开始从数据中学习模式和规律。4深度学习时代21世纪初，深度学习技术迅速发展，引发人工智能的新浪潮，在图像识别、语音识别等领域取得显著成果。5未来展望人工智能正在不断演进，未来将更加智能化、个性化、融合化，改变人类生活的方方面面。大数据时代的到来大数据时代是指信息爆炸的时代，其特点是数据量巨大，数据类型多样，数据产生速度快。大数据技术能够帮助我们从海量数据中提取有价值的信息，并应用于各个领域，例如商业、医疗、金融等，从而推动社会发展。区块链技术的应用数字货币区块链技术在数字货币领域的应用最广，比特币就是基于区块链技术的典型案例。供应链管理区块链可以提高供应链的透明度和安全性，追踪产品来源，降低成本。医疗保健区块链可用于安全地存储和共享医疗记录，保护患者隐私，提高医疗效率。投票系统区块链可用于构建安全的投票系统，确保投票的透明性和公正性，防止作弊。云计算与物联网云计算云计算提供数据存储、处理和应用服务，赋予物联网设备强大的数据分析能力。物联网物联网连接各种智能设备，收集大量实时数据，为云计算提供丰富的信息来源。融合发展云计算与物联网相辅相成，共同推动智慧城市、智能制造等领域的发展。计算机硬件的发展1机械时代机械计算器、穿孔卡片2电子管时代ENIAC、EDVAC3晶体管时代小型化、性能提升4集成电路时代微型化、功能集成计算机硬件发展经历多个时代，从机械计算器到集成电路，不断提升性能、缩减体积。计算机软件的演进1人工智能软件机器学习、深度学习2图形用户界面桌面应用程序、移动应用3命令行界面操作系统、系统工具4机器语言早期程序、汇编语言计算机软件经历了从简单到复杂、从低级到高级的演进过程，伴随着硬件的发展，软件的功能和复杂度也不断提升。从早期机器语言到如今的人工智能软件，计算机软件在不断地适应和推动着科技的进步。编程语言的演变机器语言机器语言是计算机直接理解的指令集，由0和1组成，难以编写和维护。汇编语言汇编语言使用助记符代替机器指令，更易读写，但仍与特定硬件架构相关。高级语言高级语言更加抽象，接近自然语言，易于理解和使用，可移植到不同平台。操作系统的变迁批处理操作系统早期操作系统，一次运行一个程序，效率低，无法及时响应用户请求。分时操作系统多个用户共享CPU资源，时间片轮流执行程序，提升效率，支持交互式操作。实时操作系统对时间要求严格，能够及时响应事件，应用于工业控制和嵌入式系统。图形用户界面操作系统以图形方式交互，用户友好，如Windows和macOS，方便用户操作和管理计算机。计算机体系结构的创新计算机体系结构一直处于不断发展中，从早期的冯·诺依曼体系结构到现在的多核处理器、并行计算，每一次创新都推动着计算机性能的飞跃。现代计算机体系结构的创新，例如多级缓存、流水线技术和并行计算，使得计算机可以更有效地处理大量数据并执行复杂的运算。每秒浮点运算次数（GFLOPS）每瓦特性能（GFLOPS/瓦特）过去几十年，计算机体系结构的创新显著提升了计算机性能。从每秒浮点运算次数来看，计算机的性能提升了几个数量级。同时，计算机的能效也得到了大幅提高，每瓦特性能显著增长。存储技术的进步计算机存储技术经历了从磁带、磁盘到闪存的演变，存储容量不断提升。1KKB早期计算机使用打孔卡和磁带进行数据存储，容量很小。100GB硬盘20世纪70年代，硬盘出现，提供更高容量和速度。1TB闪存21世纪初，闪存技术崛起，小型化、便携式存储设备兴起。100TB云存储云存储服务提供无限容量，按需付费模式。计算机网络的革新从局域网到广域网早期的计算机网络主要局限于小型局域网，随着互联网技术的出现，计算机网络开始向全球范围扩展。互联网协议的演进从最初的TCP/IP协议到如今的IPv6协议，互联网协议不断升级，提升网络效率和容量。无线网络的普及移动设备和无线网络的兴起，使得计算机网络不再局限于有线连接，随时随地接入网络成为现实。云计算与物联网云计算和大数据技术的发展，推动了网络服务模式的变革，物联网的应用则进一步扩展了网络的范围。计算机安全的重要性保护数据安全保护个人信息、商业机密等重要数据免受未经授权的访问、使用或修改。维护系统稳定防止恶意软件、病毒和攻击，确保计算机系统正常运行，避免崩溃或数据丢失。保障网络安全抵御网络攻击，例如黑客攻击、拒绝服务攻击等，确保网络资源和服务的安全可靠。计算机伦理与法规负责任使用合理使用技术，保护个人隐私和数据安全。法规与规范遵守相关法律法规，维护网络安全，防止网络犯罪。公平与公正促进信息平等，维护社会秩序，倡导负责任的科技创新。计算机技术的未来展望量子计算量子计算将带来前所未有的计算能力，解决目前无法解决的问题。量子计算机将加速药物研发、材料科学等领域的发展。人工智能的普及人工智能将更深入地融入生活，带来更多智能化应用。从智能家居到智慧医疗，人工智能将改变我们的生活方