第1章-1-计算机发展史...ppt

1、回首三百八十年计算机编年简史,第一台机械计算机,1623年，德国科学家契克卡德（W. Schickard）制造了人类有史以来第一台机械计算机，这台机器能够进行六位数的加减乘除运算,帕斯卡与莱布尼茨,1642年，法国科学家帕斯卡（B.Pascal）发明了著名的帕斯卡机械计算机，首次确立了计算机器的概念。 1674年：莱布尼茨改进了帕斯卡的计算机，使之成为一种能够进行连续运算的机器，并且提出了“二进制”数的概念。（据说这个概念来源于中国的八卦）,穿孔纸带,1725年，法国纺织机械师布乔（B.Bouchon）发明了“穿孔纸带”的构想。 1805年： 法国机械师杰卡德（J.Jacquard）根据布乔“

2、穿孔纸带”的构想完成了“自动提花编织机”的设计制作，在后来电子计算机开始发展的最初几年中，在多款著名计算机中我们均能找到自动提花机的身影。,第一台差分机,1822年：英国科学家巴贝奇（C.Babbage）制造出了第一台差分机， 它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数。 1834年：巴贝奇提出了分析机的概念，机器共分为三个部分：堆栈，运算器，控制器。他的助手， 英国著名诗人拜伦的独生女阿达奥古斯塔（Ada Augusta）为分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。,巴贝奇和他的差分机,布尔（BOOlE）,1847年：英国数学家布尔（G.Boole）发表著作逻辑的数学分析。,1854年：

3、布尔发表思维规律的研究逻辑与概率的数学理论基础，并综合自己的另一篇文章逻辑的数学分析，从而创立了一门全新的学科布尔代数，为百年后出现的数字计算机的开关电路设计提供了重要的数学方法和理论基础。,键盘发明,1868年：美国新闻工作者克里斯托夫肖尔斯（C.Sholes）发明了沿用至今的QWERTY键盘。,计算器,1873年：美国人鲍德温（F. Baldwin）利用自己过去发明的齿数可变齿轮制造了第一台手摇式计算机。 1886年：美国人Dorr E. Felt (1862-1930), 制造了第一台用按键操作的计算器。,制表机与IBM,1890年：美国在第12次人口普查中使用了由统计学家霍列瑞斯（H.

4、Hollerith）博士发明的制表机，从而完成了人类历史上第一次大规模数据处理。此后霍列瑞斯根据自己的发明成立了自己的制表机公司，并最终演变成为IBM公司。,1891年：利兰斯坦福与其妻子一道在靠近帕洛阿尔托（Palo Alto）的地方开办了面积达8，000英亩的斯坦福大学，从而为日后硅谷的诞生埋下了伏笔。 1893年：德国人施泰格尔研制出一种名为“大富豪”的计算机，该计算机是在手摇式计算机的基础上改进而来，并依靠良好的运算速度和可靠性而占领了当时的市场，直到1914年第一次世界大战爆发之前，这种“大富豪”计算机一直畅销不衰。,电子管,1895年： 英国青年工程师弗莱明（J.Fleming）通

5、过“爱迪生效应”发明了人类第一只电子管。,1911年：6月15日，美国华尔街金融投资家弗林特（C.Flent）投资霍列瑞斯的制表机公司，成立了全新的CTR公司，但公司创立之初并没有涉足任何电子领域，反而生产诸如碎纸机或者土豆削皮机之类的产品。 1912年：美国青年发明家德福雷斯特（L.De Forest）在帕洛阿托小镇首次发现了电子管的放大作用，为电子工业奠定了基础，而今日的帕洛阿托小镇也已成为硅谷的中心地带。 1913年：美国麻省理工学院教授万布什（V.Bush）领导制造了模拟计算机“微分分析仪”。机器采用一系列电机驱动，利用齿轮转动的角度来模拟计算结果。,1924年：硅谷之父特曼担任斯坦福

6、大学教授，对创建HP、成立斯坦福工业园区起到决定性作用 2月，由霍列瑞斯创办的制表机公司几经演变，最终更名为国际商用机器公司，即我们今天看到的IBM。 1935年：IBM制造了IBM601穿孔卡片式计算机，该计算机能够在一秒钟内计算出乘法运算。,图灵机,1936年：阿兰.图灵发表论文论可计算数及其在判定问题中的应用，首次阐明了现代电脑原理，从理论上证明了现代通用计算机存在的可能性，图灵把人在计算时所做的工作分解成简单的动作，与人的计算类似，机器需要：（1）存储器，用于贮存计算结果；（2）一种语言，表示运算和数字；(3)扫描；（4）计算意向，即在计算过程中下一步打算做什么；（5）执行下一步计算。

7、具体到一步计算，则分成：（1）改变数字可符号；（2）扫描区改变，如往左进位和往右添位等；（3）改变计算意向等。整个计算过程采用了二进位制，这就是后来人们所称的“图灵机”。,可编程计算机,20多岁的德国工程师楚泽（K.Zuse）研制出了机械可编程计算机Z1，并采用了二进制形式，其理论基础即来源于布尔代数。,1937年：11月，美国AT&T贝尔实验室研究人员斯蒂比兹（G. Stibitz）制造了电磁式数字计算机“Model-K”。 1938年：克劳德艾尔伍德香农（Claude Elwood Shannon）发表了著名论文继电器和开关电路的符号分析，首次用布尔代数对开关电路进行了相关的分析，并证明了

8、可以通过继电器电路来实现布尔代数的逻辑运算，同时明确地给出了实现加，减，乘，除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。,HP,1939年：元旦，美国斯坦福大学研究生比尔休利特（B.Hewllet）和戴维帕卡德（D.Packard）正式签署企业合伙协议，创办了Hewllet-Packard（HP)公司，即国内通称的惠普公司。,计算机三原则,1939年9月，贝尔实验室研制出M1型计算机。 10月，约翰.阿塔纳索夫（John Vincent Atanasoff(1903-1995)）制造了后来举世闻名的ABC计算机的第一台样机，并提出了计算机的三条原则，（1）以二进制的逻辑基础来

9、实现数字运算，以保证精度； （2）利用电子技术来实现控制，逻辑运算和算术运算，以保证计算速度； （3）采用把计算功能和二进制数更新存贮的功能相分离的结构。这就是著名的计算机三原则。,1940年：9月，贝尔实验室在美国达特默思大学演示M-1型机。他们用电报线把安置在校园内的M-1型机和相连，当场把一个数学问题打印出来并传输到纽约，M-1型机在达特默思大学的成功表演，首次实现了人类对计算机进行的远距离控制的梦想。 控制论之父维纳提出了计算机五原则，（1）不是模拟式，而是数字式；（2）由电子元件构成，尽量减少机械部件；（3）采用二进制，而不是十进制；（4）内部存放计算表；（5）在计算机内部存贮数据。

10、 1941年：楚泽完成了Z3计算机的研制工作，这是第一台可编程的电子计算机。可处理7位指数、14位小数。使用了大量的真空管。每秒种能作3到4次加法运算，一次乘法需要3到5秒。 1942年：时任美国依阿华州立大学数学物理教授的阿塔纳索夫（John V. Atanasoff）与研究生贝瑞（Clifford Berry）组装了著名的ABC（Atanasoff-Berry Computer）计算机，共使用了300多个电子管，这也是世界上第一台具有现代计算机雏形的计算机。但是由于美国政府正式参加第二次世界大战，致使该计算机并没有真正投入运行。,巨人计算机,1943年10月，绰号为“巨人”的用来破译德军密

11、码的计算机在英国布雷契莱庄园制造成功，此后又制造多台，为第二次世界大战的胜利立下了汗马功劳。,马克1号计算机,1944年：8月7日，由IBM出资，美国人霍德华艾肯（H.Aiken）负责研制的马克1号计算机在哈佛大学正式运行，它装备了15万个元件和长达800公里的电线， 每分钟能够进行200次以上运算。女数学家格雷斯霍波（G.Hopper）为它编制了计算程序，并声明该计算机可以进行微分方程的求解。马克1号计算机的问世不但实现了巴贝奇的夙愿，而且也代表着自帕斯卡计算机问世以来机械计算机和电动计算机的最高水平。,ENIAC,1946年：2月14日，美国宾西法尼亚大学摩尔学院教授莫契利（J. Mauc

12、hiy）和埃克特（J.Eckert）共同研制成功了ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer):计算机。这台计算机总共安装了17468只电子管，7200个二极管，70000多电阻器，10000多 只电容器和6000只继电器，电路的焊接点多达50万个,机器被安装在一排2.75米高的金属柜里，占地面积为170平方米左右，总重量达 到30吨，其运算速度达到每秒钟5000次加法，可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法。,晶体管发明,1947年：12月23号，贝尔实验室的肖克利(William B. Shockley)，布拉顿(John

13、 Bardeen)，巴丁(Walter H. Brattain)创造出了世界上第一只半导体放大器件，他们将这种器件重新命名为“晶体管”,半导体,1959年：2月6日， 来自曾开发出第一台晶体管收音机的美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比(Jack Kilby)在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在里面，制成世界上第一片集成电路。并向美国专利局申报专利“半导体集成电路”。也正因为这件事，2000年的诺贝尔物理奖颁发给了已退休的基尔比。,1959年，美国仙童公司的诺伊斯用一种平面工艺制成半导体集成电路。7月30日，仙童公司向美国专利局申请专利“半导体集成电路”，从此开启了集成电路比黄金还

14、诱人的时代。其后，摩尔、诺宜斯、葛洛夫这三个“伙伴”离开原来的仙童公司，一起开创事业筹建一家他们自已的公司。三人一致认为，最有发展潜力的半导体市场是计算机存储器芯片市场。,微处理器发展,CPU性能每18个月增加一倍晶体管数目每两年增加一倍,摩尔定律,后面是什么?,Itanium 733/800MHz IA-64架构,McKinley IA-64架构,Madison IA-64架构,Deerfield IA-64架构,Pentium ,Pentium MMX,Pentium Pro,80486DX2,80386DX,80286,8086,奔腾不息 升级不止,Intel Pentium ,Inte

15、l Pentium ,Intel Pentium 4,AMD K6-2,Intel Pentium 4 3.0GHz (2002/4),摩尔定律 晶体管数目每两年增加一倍,摩尔定律 CPU性能每18个月增加一倍,2003年4月15日，英特尔公司宣布推出一款采用更高速系统总线和新型芯片组平台的新 型奔腾4处理器，它将显著改善个人电脑的总体性能。新的平台提供了更平衡的系统性能，因此 PC系统工作更流畅，缩短了等候数据的时间。 首款800 MHz前端总线Pentium 4处理器工作频率达到3 GHz，运行于800 MHz前端总线，较之前代产品的533 MHz大幅提升266 MHz，数据传输带宽提升到

16、每秒6.4 GB(533 MHz FSB为每秒4.2 GB)，提升幅度达到50%，新款3 GHz Pentium 4芯片的倍频设置为15，需搭配875P或即将推出的865系列芯片组。,Intel历史上的首款微处理器 4004,1971年英特尔诞生了第一个微处理器4004。该芯片其实是为Busicom calculator专门设计制造的，但已经可以看到个人电脑的影子在里面了。,4004全家福,8008,1974年，一本无线电杂志刊登了一种使用8008作处理器的机器，叫做“Mark-8(马克八号)”，这也是目前已知的最早的家用电脑了。,C8008、C8008-1、D8008、D8008-1,808

17、0和Altair（牵牛星）,1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。,8085和8086X86时代,8088IBM的PC XT,配置如下： Intel 8088 CPU 128Kb RAM 3.5 360kb 或者 720kb 软驱 5MB 硬盘,同年9月，Motorola推出M68000 16位微处理器，它因采用了68000个晶体管而得名。该处理器主要供应Apple公司的Macintosh 和Atari 的ST系列电脑上。后继版本的处理器，包括68020则被使用在Macintosh II 机型。,80286

18、,1982年，英特尔发布了80286处理器，也就是俗称的286。这是英特尔第一个可以运行所有为其撰写的程序的处理器，在发布后的六年中，全球一共交付了一千五百万台基于286的个人电脑。,IBM PC AT机,80286芯片集成了14.3万只晶体管、16位字长，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位。与8086相比，80286寻址能力达到了16MB，可以使用外存储设备模拟大量存储空间，从而大大扩展了80286的工作范围，还能通过多任务硬件机构使处理器在各种任务间来回快速切换，以同时运行多个任务，其速度比8086提高了5倍甚至更多。IBM公司将8

19、0286用在技术更为先进AT机中，与IBM PC机相比，AT机的外部总线为16位(PC XT机为8位)，内存一般可扩展到16MB，可支持更大的硬盘，支持VGA显示系统，比PC XT机在性能上有了重大的进步。,80386,1985年，英特尔再度发力推出了80386处理器。386集成了27万5千只晶体管，超过了4004芯片的一百倍。并且386还是英特尔第一种32位处理器，同时也是第一种具有“多任务”功能的处理器这对微软的操作系统发展有着重要的影响，所谓“多任务”就是说处理器可以在同时处理几个程序的指令。,80386,80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，其后又提高到20M

20、Hz、25MHz、33MHz等。80386DX的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址高达4GB内存。它除具有实模式和保护模式外，还增加了一种叫虚拟模式的工作方式，可同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。,80486,1989年，英特尔发布了486处理器。486处理器是英特尔非常成功的商业项目。很多厂商也看清了英特尔处理器的发展规律，因此很快就随着英特尔的营销战而转型成功。80486处理器集成了125万个晶体管，时钟频率由25MHz逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后来的100Mhz。 80486也是英特尔第一个内部包含数字协处理器的CPU，并在x86系列中

21、首次使用了RISC(精简指令集)技术，从而提升了每时钟周期执行指令的速度。486还采用了突发总线方式，大大提高了处理器与内存的数据交换速度。由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协处理器的80386快了4倍有余。,80486,Pentium(奔腾),1993年，英特尔发布了Pentium(奔腾)处理器。本来按照惯常的命名规律是80586，但是因为实际上“586”这样的数字不能注册成为商标使用，因此任何竞争对手都可以用586来混淆概念，扰乱市场。事实上在486发展末期，就已经有公司将486等级的产品标识成586来销售了。因此英特尔绝对使用自造的新词来作为新产品的商标Pentium。,

22、Pentium(奔腾),Pentium处理器集成了310万个晶体管，最初推出的初始频率是60MHz、66MHz，后来提升到200MHz以上。第一代的Pentium代号为P54C，其后又发布了代号为P55C，内建MMX(多媒体指令集)的新版Pentium处理器。,Pentium MMX,Pentium MMX是英特尔在Pentium内核基础上改进而成的，其大的特点是增加了57条MMX指令。这些指令专门用来处理音视频相关的计算，目的是提高CPU处理多媒体数据的效率。MMX指令非常成功，在之后生产的各型CPU都包括这些指令集。据Toms Hardware测试，即使最慢的Pentium MMX 166

23、MHz也比Pentium 200MHz普通版要快。,Pentium Pro,1995年秋天，英特尔发布了Pentium Pro处理器。Pentium PRO是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器，可以应用在高速辅助设计、机械引擎、科学计算等领域。英特尔在Pentium PRO的设计与制造上又达到了新的高度，总共集成了550万个晶体管，并且整合了高速二级缓存芯片。,Pentium II,1997年英特尔发布了Pentium II处理器。其内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术，可以更快更流畅的播放影音Video，Audio以及图像等多媒体数据。,Pentium II X

24、eon(至强),1998年英特尔发布了Pentium II Xeon(至强)处理器。Xeon是英特尔引入的新品牌，取代之前所使用的Pentium Pro品牌。,Celeron(赛扬)处理器,1999年，英特尔发布了Celeron(赛扬)处理器。简单的说，Celeron与Pentium II并没有本质上的不同，因为它们的内核是一样的，最大的区别在于高速缓存上。,Pentium III,1999年，英特尔又发布了Pentium III处理器。从Pentium III开始，英特尔又引入了70条新指令(SIMD，SSE)，主要用于因特网流媒体扩展(提升网络演示多媒体流、图像的性能)、3D、流式音频、视

25、频和语音识别功能的提升。Pentium III可以使用户有机会在网络上享受到高质量的影片，并以3D的形式参观在线博物馆、商店等。,Pentium III,老PIII,新封装的PIII,Pentium III Xeon,1999年，英特尔还发布了Pentium III Xeon处理器。作为Pentium II Xeon的后继者，除了在内核架构上采纳全新设计以外，也继承了Pentium III处理器新增的70条指令集，以更好执行多媒体、流媒体应用软件。,Pentium 4,2000年英特尔发布了Pentium 4处理器。用户使用基于Pentium 4处理器的个人电脑，可以创建专业品质的影片，透过因特网传递电视品质的影像，实时进行语音、影像通讯，实时3D渲染，快速进行MP3编码解码运算，在连接因特网时运行多个多媒体软件。这是目前空前强大的个人电脑处理器产品，仍然在继续销售中。 Pentium 4处理器集成了4200万个晶体管，到了改进版的Pentium 4(Northwood)更是集成了5千5百万个晶体管；并且开始采用0.18微米进行制造，初始速度就达到了1.5GHz(gigahertz)，相当于从旧金山到纽约只花了13秒的车程(当然，没人有这么快的汽车)。,Pentium 4,P4 423Pin,