計算機(jī)的史前史

第1章認(rèn)識計算機(jī)

1.1計算機(jī)的史前史——計算工具的發(fā)展簡史人類和猿最重要的區(qū)別就是發(fā)明、制造和使用工具手動式計算工具——結(jié)繩記事

●中國古書中記載的“上古結(jié)繩而治”；●拉丁文中“Calculus”的原意是用于計算的小石子?！裼嬎愎ぞ撸菏种福捎檬M(jìn)制?！窭K子、石子的用途：延長手指的計算能力和存儲能力。遠(yuǎn)古時代古巴比倫人采用60進(jìn)制，瑪雅人采用20進(jìn)制。手動式計算工具——算籌

●算籌：第一個人造計算工具?！裎覈糯鷦趧尤嗣褡钕葎?chuàng)造和使用了這種簡單的計算工具?！衲媳背瘯r期，祖沖之用算籌作為計算工具將圓周率精確到3.1415926和3.1415927之間。

春秋時期手動式計算工具——算籌

示例：計算206+15＋個位向十位產(chǎn)生進(jìn)位阿拉伯?dāng)?shù)字是由古印度人民發(fā)明的，12世紀(jì)由阿拉伯人傳入歐洲。祖沖之如何用算籌計算圓周率？人類為什么要發(fā)明計算工具？記數(shù)計算應(yīng)用、需求驅(qū)動計算工具的發(fā)展手動式計算工具——算盤

●算盤：計算工具發(fā)展史上第一次重大改革?！?/p>

我國古代勞動人民創(chuàng)造的?！裨谟⒄Z中，算盤有兩種拼法：abacus和Suan-Pan。

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算盤由算籌演變而來，并且和算籌并存競爭了一個時期，終于在元代后期取代了算籌。元代后期手動式計算工具——納皮爾算籌●

Napier算籌：英國人發(fā)明?！裼眉臃ú僮鱽韺崿F(xiàn)乘法操作。

1617年……手動式計算工具——納皮爾算籌示例：計算25×8

25×840＋16200從Napier算籌可以得到什么啟示？將復(fù)雜運算轉(zhuǎn)換為簡單運算。手動式計算工具——計算尺●數(shù)學(xué)原理：根據(jù)對數(shù)原理，在兩個圓盤的邊緣標(biāo)注對數(shù)刻度，然后讓它們相對轉(zhuǎn)動，基于對數(shù)原理用加減法來實現(xiàn)乘除運算?！?/p>

18世紀(jì)末，瓦特在尺座上添置了一個滑標(biāo)。1621年●對數(shù)計算尺：英國人發(fā)明。手動式計算工具（小結(jié)）●中國：結(jié)繩記事算籌算盤●英國：Napier算籌計算尺●計算工具：手指算籌●運算：加減運算乘除運算乘方、開方、三角函數(shù)●手動式計算工具的特征：手動算盤計算尺機(jī)械式計算工具機(jī)械：利用力學(xué)原理組成的各種裝置，如杠桿、滑輪以及槍炮等（新華字典）。

滑輪機(jī)械式計算工具——帕斯卡加法器

●帕斯卡加法器：法國人發(fā)明?！癖尘埃虹姳砑夹g(shù)、齒輪技術(shù)?！衽了箍臃ㄆ饔升X輪組成、以發(fā)條為動力、通過轉(zhuǎn)動齒輪來實現(xiàn)加減運算、用連桿實現(xiàn)進(jìn)位。

1642年啟示：可以用機(jī)械工具來模擬人的思維活動。機(jī)械式計算工具——萊布尼茨四則運算器

●萊布尼茨四則運算器：德國人發(fā)明?！窆ぷ髟硗了箍臃ㄆ?，能進(jìn)行四則運算?！癯朔ㄟ\算采用進(jìn)位-加，后來演化為二進(jìn)制，被現(xiàn)代計算機(jī)采用。1673年機(jī)械的含義？需要手動上發(fā)條，然后就可以機(jī)械地實現(xiàn)計算——手動機(jī)械。機(jī)械式計算工具——萊布尼茨四則運算器

●萊布尼茨四則運算器：德國人發(fā)明。●工作原理同帕斯卡加法器，能進(jìn)行四則運算?！癯朔ㄟ\算采用進(jìn)位-加，后來演化為二進(jìn)制，被現(xiàn)代計算機(jī)采用。1673年手動上發(fā)條相當(dāng)于現(xiàn)代計算機(jī)的什么操作？輸入操作，如果找不到輸入信息的機(jī)械方法，那么就不是真正意義上的機(jī)械式計算工具。●穿孔卡片：法國人發(fā)明?！?/p>

JosephJacquard（雅各）發(fā)明了可編程織布機(jī)，通過讀取穿孔卡片上的編碼信息來自動控制織布機(jī)的編織圖案。機(jī)械式計算工具——雅各織布機(jī)

1804年●本質(zhì)上是一種輸入設(shè)備?！?/p>

20世紀(jì)70年代還在普遍使用。機(jī)械式計算工具——雅各織布機(jī)

0101001000110100011001011822年機(jī)械式計算工具——差分機(jī)

●差分機(jī)：英國人（巴貝奇）發(fā)明?！癖尘埃河I(yè)革命，航海和天文計算?！癫罘謾C(jī)原理：任何連續(xù)函數(shù)都可以用多項式嚴(yán)格地逼近，例如：

1822年機(jī)械式計算工具——差分機(jī)

●差分機(jī)：英國人（巴貝奇）發(fā)明?！癖尘埃河I(yè)革命，航海和天文計算。●采用寄存器（齒輪式裝置）來存儲數(shù)據(jù)使計算工具從手動機(jī)械躍入自動機(jī)械。

難點和關(guān)鍵是什么？不僅輸入信息需要機(jī)械化，而且操作信息也要機(jī)械化。機(jī)械式計算工具——分析機(jī)

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分析機(jī)：英國人（巴貝奇）發(fā)明。●背景：瓦特發(fā)明了蒸氣機(jī)?！褚札X輪為元件、以蒸汽為動力。雖然沒有實現(xiàn)，但意義重大，采用了具有現(xiàn)代意義的裝置：（1）存儲裝置（2）運算裝置（3）控制裝置（4）輸入和輸出裝置1832年●英國著名詩人拜倫的獨生女愛達(dá)?奧古斯塔為分析機(jī)編制了人類歷史上第一批計算機(jī)程序?！駳v史上第一位程序員?！駩圻_(dá)和巴貝奇為計算機(jī)的發(fā)展創(chuàng)造了不朽的功勛，他們對計算機(jī)的預(yù)見超前了一個多世紀(jì)，正是他們的辛勤努力，為后來計算機(jī)的出現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。機(jī)械式計算工具——分析機(jī)

愛達(dá)機(jī)電式計算機(jī)機(jī)電：機(jī)械和電子設(shè)備的總稱（新華字典）。

機(jī)電式計算機(jī)——制表機(jī)●制表機(jī)：美國人發(fā)明。●背景：機(jī)電技術(shù)、美國人口普查，參與了美國1890年的人口普查工作?！竦谝慌_可以自動進(jìn)行加減乘除運算、累計存檔、制作報表的機(jī)電式計算工具?！褫斎?、輸出、存儲均用穿孔卡片?！袢祟悮v史上第一次利用計算工具進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動處理。1886年●Z-1計算機(jī)：德國人發(fā)明。●先后研制出Z-2、Z-3、Z-4?！竦谝慌_采用二進(jìn)制和繼電器的通用程序計算機(jī)。二進(jìn)制、浮點記數(shù)法、帶存儲地址的指令等思想已經(jīng)有人提出，但朱斯第一次將這些思想具體實現(xiàn)。機(jī)電式計算機(jī)——Z系列1938年啟示：站在巨人的肩膀上，怎么才能站上去呢？

——多讀書，讀好書●1941年，朱斯向德國政府申請基金用來建造計算機(jī)，用于破譯敵人的密碼，德國政府沒有批準(zhǔn)?！衽c此同時，英國政府秘密組建一個由科學(xué)家和工程師組成的絕密小組，1943年，圖靈等人研制成功Colossus（巨人計算機(jī)），使得英國軍方能夠竊取并破譯德國的軍事情報。機(jī)電式計算機(jī)——巨人計算機(jī)1943年機(jī)電式計算機(jī)——MARK-I●

MARK-I：美國人發(fā)明，1944年研制成功。●哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)教授霍華德·艾肯在讀過巴貝奇和愛達(dá)的筆記后，被巴貝奇的遠(yuǎn)見卓識所震驚，提出用機(jī)電的方法，而不是純機(jī)械的方法來實現(xiàn)分析機(jī)。1936年電子計算機(jī)——ABC●

ABC計算機(jī)：美國人約翰.阿塔納索夫發(fā)明?！竦谝淮翁岢霾捎秒娮蛹夹g(shù)來提高計算機(jī)的運算速度。1939年電子計算機(jī)——ENIAC莫克利?？颂?943年●

ENIAC：美國人發(fā)明?！癖尘埃很娦挡繛橛嬎銖椀篮蜕鋼舯韱拥挠媱?，賓夕法尼亞大學(xué)。電子計算機(jī)——ENIAC1946年●

ENIAC：美國人發(fā)明?！癖尘埃很娦挡繛橛嬎銖椀篮蜕鋼舯韱拥挠媱?，賓夕法尼亞大學(xué)?！?/p>

1946年宣告竣工?！袷褂?8000個電子管，占地167平方米，重達(dá)30