计算的历史PC发展简史课件.pptx
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1、计算的历史PC发展简史计算的历史 第一部分:计算溯源 第二部分:PC前传 第三部分:PC演义 第四部分:PC展望计算溯源 引言 在漫长的人类进化和文明发展过程中,人类的大脑逐渐具有了一种特殊的本领,这就是把直观的形象变成抽象的数字,进行抽象思维活动。在“象”和“数”之间互相转换,使人类具备了认识世界的能力。 计算溯源 引言 在数的概念出现之后,就开始出现了数的计算。计算需要借助一定的工具来进行,人类最初的计算工具,就是人类的双手。掰指头算数,这就是最早的计算方法。人天生就有十个指头,因此十进制就成为人们最熟悉的进制计数法。 计算溯源 引言 由于双手的局限性,人类开始学习用小木棍、石子等身外之物
2、作为计算工具。在拉丁语中,“计算”的单词Calculus,其本意就是用于计算的石子。随着文明的进步,人类学会了使用越来越多、越来越复杂的计算工具,计算方法也越来越高级。 计算溯源 17世纪以前中国人的智慧之光世纪以前中国人的智慧之光 二十世纪最伟大的发明电子计算机,又被称为电脑,它的本质正是人类的一种高级计算工具。如果从本质上去探究计算工具的源头,那就是2000多年前春秋战国时代的中国人发明的算筹。 最古老的计算工具:最古老的计算工具:算筹算筹 计算溯源 17世纪以前中国人的智慧之光世纪以前中国人的智慧之光 算筹作为最早的计算工具,为人类文明做出过巨大贡献。我国古代著名的数学家祖冲之,就是借助
3、算筹计算出圆周率Pie的值介于3.1415926和3.1415927之间;中国古代的天文学家,运用算筹总结出了精密的天文历法。 计算溯源 17世纪以前中国人的智慧之光世纪以前中国人的智慧之光 随着计算技术的发展,在求解一些更复杂的数学问题的时候,算筹显得越来越不方便了。于是在大约六、七百年前,中国人发明了算盘,它结合了十进制计数法和一整套计算口诀,一直沿用至今,并被许多人看作是最早的数字计算机。我们熟悉的常用语“三下五除二”、“七上八下”等,就是起源于珠算口诀,这是最早的体系化算法。 计算溯源16世纪世纪-17世纪早期西方的灵感世纪早期西方的灵感 欧洲文艺复兴时期的伟人达芬奇是一位旷世奇才,他
4、在科学方面的造诣丝毫不亚于其艺术成就,他很早就提出过计算工具的设想。后人在达芬奇的手稿中,发现了关于机械式计算工具设计方案的记录。 计算溯源16世纪世纪-17世纪早期西方的灵感世纪早期西方的灵感 1621年,英国人冈特发明计算尺,这是世界上最早的模拟计算工具。后来,更多的计算尺被发明出来,并为两次工业大革命做出了杰出贡献。计算尺曾经是每个工程师的必备之物和象征。直到20世纪中叶,计算尺才逐渐被袖珍计算器取代。 计算溯源17世纪中期世纪中期-19世纪中期世纪中期 从17世纪到19世纪长达两百多年的时间里,一批杰出的科学家相继进行了机械式计算机的研制,其中的代表人物有帕斯卡、莱布尼茨和巴贝奇。这一
5、时期的计算机虽然构造和性能还非常简单,但是其中体现的许多原理和思想已经开始接近现代计算机。计算溯源先驱的探索:机械式计算机 帕斯卡加法机 1642年,法国数学家、物理学家和思想家帕斯卡发明加法机,这是人类历史上第一台机械式计算机,其原理对后来的计算机械产生了持久的影响。 计算溯源先驱的探索:机械式计算机 莱布尼兹乘法机 1673年,德国数学家莱布尼兹发明乘法机,这是第一台可以运行完整的四则运算的计算机。莱布尼兹同时还提出了“可以用机械代替人进行繁琐重复的计算工作”的伟大思想,这一思想至今鼓舞着人们探求新的计算机。 计算溯源先驱的探索:机械式计算机 巴贝奇分析机 1822年,英国数学家巴贝奇发明
6、差分机,专门用于航海和天文计算。这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。 第一台差分机从设计到制造完成,花费了整整十年。它可以处理3个5位数,计算精度达到6位小数。 计算溯源 19世纪后期从机械到电的飞跃世纪后期从机械到电的飞跃 赫尔曼霍勒斯制表机 1888年,美国人赫尔曼霍勒斯发明了制表机,它应用到的先进技术包括:采用穿孔卡片进行数据处理,并用电气控制技术取代了纯机械装置。 计算溯源 19世纪后期从机械到电的飞跃世纪后期从机械到电的飞跃 霍勒斯于1896年创立了制表机公司,1911年该公司并入CTR(计算制表记录)公司,这就是著名的IBM公司的前身。1924年,托
7、马斯沃森一世把CTR更名为IBM。 计算溯源20世纪早期电子文明的曙光世纪早期电子文明的曙光 电子二极管和三极管在20世纪头几年相继问世。真空电子二极管的发明使人类打开了电子文明的大门,而电子三极管的发明及其放大原理的发现,标志着人类科技史进入了一个新的时代:电子时代。计算溯源20世纪早期电子文明的曙光世纪早期电子文明的曙光计算溯源20世纪早期电子文明的曙光世纪早期电子文明的曙光 1906年,美国人德弗雷斯特发明电子三极管,并在研究中发现,三极管可以通过级联使放大倍数大增,这使得三极管的实用价值大大提高,从而促成了无线电通信技术的迅速发展。德弗雷斯特也因为发明三级管而被称为“无线电之父”。 三
8、极管的发明最初居然被指控为商业诈骗,并被法官判定为一个“毫无价值的玻璃管”。 三级管 计算溯源20世纪早期电子文明的曙光世纪早期电子文明的曙光 1943年,数学家阿兰图林指导研制了“巨人”计算机,并率领英国情报组利用它成功地破译了纳粹德国的密码(Enigma)。二战期间共有10台“巨人”在英军服役,使得英国在密码破译上始终比德国占据主动。“Colossus ”算不上真正的数字电子计算机,但在继电器计算机与现代电子计算机之间起到了桥梁作用。 第一台“巨人”:有1500个电子管,5个处理器并行工作,每个处理器每秒处理5000个字母。 计算溯源20世纪早期电子文明的曙光世纪早期电子文明的曙光 艾肯的
9、MARK-I 1944年,美国科学家艾肯借助IBM的技术和资金支持,研制成功机电式计算机MARK-I。这是世界上最早的通用型自动机电式计算机之一,它取消了齿轮传动装置,以穿孔纸带传送指令。 计算溯源 PC前传 作为能够模拟人类思维的高级计算工具,电子计算机有着严谨的数学理论基础和精密的体系结构。1946年问世的ENIAC堪称二十世纪人类最伟大的发明,它标志着现代电子计算机时代的到来。但在ENIAC问世之前,无数杰出的科学家为之付出了艰苦的努力,有一些人的名字是应当被永远铭记的:图林、阿塔纳索夫、冯诺伊曼 PC前传现代电子计算机的理论准备阶段 逻辑代数 早在1847和1854年,英国数学家布尔发
10、表了两部重要著作逻辑的数学分析和思维规律的研究,创立了逻辑代数。逻辑代数系统采用二进制,是现代电子计算机的数学和逻辑基础。 PC前传现代电子计算机的理论准备阶段计算机三原则 1939年,阿塔纳索夫提出计算机三原则;采用二进制进行运算;采用电子技术来实现控制和运算;采用把计算功能和存储功能相分离的结构。1939年,阿塔纳索夫还设计并试制数字电子计算机的样机“ABC机”,但未能完工。 阿塔纳索夫关于电子计算机的设计方案启发了ENIAC开发小组的莫克利,并直接影响到ENIAC的诞生。 PC前传 ENIAC ENIAC:长30.48米,宽1米,占地面积170平方米,30个操作台,约相当于10件普通房间
11、的大小,使用18000个电子管,70000个电阻,10000个电容,1500个继电器,重达30吨,耗电量150千瓦,造价48万美元,6000多个开关,每秒执行5000次加法或400次乘法,是继电器计算机的1000倍,手工计算的20万倍。 PC前传 ENIAC 1946年2月15日,世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC问世,承担开发人物的是又四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成的“莫尔小组”,总工程师埃克特当时年仅24岁。人类终于进入了电子计算机时代。 PC前传第一代电子管计算机 第一代计算机的标志是采用电子管作为逻辑元件,包含五个基本部分:运算器、控制器、存储器、输入、输
12、出。在ENIAC研制成功后,又相继出现了一批电子管计算机,主要用于科学计算。其中重要的代表机型有EDSAC(1949,第一台存储程序计算机)、EDVAC(1950,第一台并行计算机)、UNIVAC(1951)、PC前传第一代电子管计算机 EDSACPC前传第一代电子管计算机 19441945年间,美籍匈牙利科学家冯诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点,并提出一个新机型EDVAC的设计方案,其中提到了两个设想:采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现代计算机至关重要,也使冯诺伊曼成为“现代电子计算机之父”,冯诺伊曼机体系延续至今。 PC前传第一代电子管计算机 UNIVACP
13、C前传第一代电子管计算机 IBM 701PC前传晶体管和第二代计算机 1947年,贝尔实验室的肖克莱、巴丁、布拉顿发明了点触型晶体管。1950,又发明了面结型晶体管。相比电子管来说,晶体管体积小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低,电子线路的结构大大改观,运算速度则大幅度提高。 PC前传晶体管和第二代计算机第二代计算机的历史时期是1959年至1964年。美国贝尔实验室于1954年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC,IBM公司于1958年制成的1401及后续的1410/1440系列计算机,是第二代计算机中的代表。相比采用定点运算的第一代计算机,第二代计算机普遍增加了浮点运算,计算能力
14、实现了一次飞跃。 第二代计算机除了大量用于科学计算,还逐渐被工商企业用来进行商务处理,由此,高级语言FORTRAN和COBOL得到了广泛应用。 1956年,IBM公司的巴克斯研制成功第一个高级程序语言FORTRAN,它被广泛用于科学计算 PC前传集成电路和第三代计算机 PC前传集成电路和第三代计算机第三代计算机的最重要特征就是采用晶体管作为逻辑元件。此外,系列兼容和采用微程序设计也是第三代计算机的重要特点。 IBM于1964年研制出计算机历史上最成功的机型之一IBM 360,它极强的通用性适用于各方面的用户,具有“360度”全方位的特点,因此被命名为360。开发360被称为“世纪豪赌”,因为I
15、BM为此投入了50亿美元的研发费用,远远超过制造原子弹的“曼哈顿计划”的20亿美元。IBM由于360的成功,进一步巩固了自己在业界的地位,“蓝色巨人”IBM几乎成为计算机的代名词。 PC前传“三代半计算机” 1970年,IBM推出IBM 370系列机,采用大规模集成电路取代磁芯进行存储,以小规模集成电路作为逻辑元件,被称为三代半计算机。370还采用了虚拟存储器技术,首次实行软硬件价格分离策略,这就明确了软件本身的价值。 PC前传第四代计算机 由于采用LSI/VLSI使计算功能飞速提高,计算机的应用领域急剧拓展。随着技术的进展,计算机开始分化成通用大型机、巨型机、小型机和微型机。70年代,随着微
16、处理器的问世和发展,微型计算机开始普及,这就是PC时代的前夜。 PC演义 计算机最终要走进千家万户,这个大趋势注定了PC必将在历史的某一时刻出现。身为产业霸主的蓝色巨人不辱使命,为全世界贡献了这一伟大的革命性产品。最终,PC从一种纯粹的技术产品衍生出了一种精神层面的涵义,这就是:开放。 PC演义霍夫和Intel 4004 1971年1月,Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004,这项发明成为微电子领域有史以来最重要的发明之一,标志着第一代微处理器的问世,微处理器和微机时代从此开始。霍夫也因此被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。 PC
17、演义 Intel 8008 1972年4月,霍夫和同事费金开发出了第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器,因此仍属第一代微处理器。 主频200KHz的8008是MCS-8芯片产品家族的成员之一,可存取16 KB内存,使用了3500个10微米技术的晶体管,每秒执行60000条指令 。 PC演义第二代微处理器和最早的微型计算机 1973年8月,霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080,以N沟道MOS电路取代了P沟道,标志着微处理器的发展进入第二代。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍,可存取64KB存储器,使用了基于6微米技术的600
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