計算機的發(fā)展歷程

1、第一章 緒論1.1 計算機的發(fā)展歷程1.2 計算機與信息社會1.3 信息素養(yǎng)及其培養(yǎng),1.1.1 計算機的產生在現(xiàn)代計算機問世之前，計算機的發(fā)展經歷了機械計算機、機電計算機和萌芽期的電子計算機3個階段。,1.1 計算機的發(fā)展歷程,1機械計算機從17世紀到19世紀中期長達200多年的時間里，一批杰出的科學家相繼進行了機械計算機的研制，其中的代表人物有帕斯卡（Blaise Pascal）、萊布尼茨（Gottfried Leibniz）和巴貝奇（Charles Babbage）。,1642年，法國數(shù)學家帕斯卡采用與鐘表類似的齒輪傳動裝置，制成了最早的十進制加法機。德國著名的數(shù)學家萊布尼茲于1673年

2、發(fā)明了乘法機，這是第一臺可以運行完整的四則運算的計算機。,英國數(shù)學家巴貝齊在1822年發(fā)明差分機，專門用于航海和天文計算。這是最早采用寄存器（齒輪式裝置）來存儲數(shù)據(jù)的計算機，體現(xiàn)了早期程序設計思想的萌芽。1834年，巴貝奇設計了一種程序控制的通用分析機。,2機電計算機1938年，德國科學家祖思（Konrad Zuse）制造出一臺純機械結構的Z-1計算機，這是第一臺采用二進制的計算機。1944年，美國科學家艾肯（Howard Aiken）在IBM公司（International Business Machine）的支持下，研制成功機電計算機MARK-。,3.萌芽期的電子計算機 1939年，阿塔納

3、索夫（John V. Atanasoff）和他的學生貝瑞（Clifford E. Berry）還設計并試制數(shù)字電子計算機的樣機“ABC計算機”（Atanasoff- Berry Computer），但未能完工。ABC計算機是計算機發(fā)展史上的一個里程碑，有些科學史學家認為，如果ABC 機當時能正式制造出來，那將是世界上第一臺電子數(shù)字計算機。,4電子計算機的誕生1946年 2月15日是計算機發(fā)展史上值得紀念的一個日子。這一天在美國賓夕法尼亞大學莫爾學院舉行了人類歷史上第一臺通用數(shù)字電子計算機的揭幕典禮。這臺機器名為“電子數(shù)字積分計算機”（Electronic Numerical Integrato

4、r and Calculator，ENIAC）是世界上第一臺真正意義上的通用電子數(shù)字計算機。它的問世，標志著人類計算工具發(fā)生了歷史性的變革，人類從此進入了電子計算機的新時代。,5計算機體系結構的形成 馮諾伊曼的存儲程序通用電子計算機方案電子離散變量自動計算機(Electronic Discrete Variable Automatic Computer，EDVAC)方案 1834年巴貝奇設計的分析機就有了今天計算機的雛形。 圖靈機和圖靈測試。,1.1.2 現(xiàn)代計算機的發(fā)展 1第1代電子計算機（1946年1958年）1946年，ENIAC的問世開創(chuàng)了計算機發(fā)展的新紀元。EDVAC設計方案，為現(xiàn)代

5、計算機的發(fā)展奠定了基石，從此計算機進入現(xiàn)代階段。1952年，EDVAC正式投入運行。,1951年6月，莫奇利和埃克特再度合作，研制成功UNIVAC -計算機，被美國人口普查部門用于人口普查。這是第一臺商用計算機。第一代計算機的主要特征是采用電子管作為計算機的邏輯元件，其主存儲器采用磁鼓、磁芯，外存儲器采用磁帶、紙帶、卡片等。存儲容量只有幾千字節(jié)、運算速度為每秒幾千次。主要使用機器語言編寫程序。這一代的計算機體積大、價格高、維修困難，使用也不方便，只在軍事或科學研究部門使用，主要用于科學計算。,2第2代電子計算機（1958年1964年）1958年，計算機進入了使用晶體管為主要元件的第二代。第一臺

6、使用晶體管線路的計算機，是在1954年由美國貝爾（Bell）實驗室研制的TRADIC計算機，在其中裝了800個晶體管。,1958年，IBM公司制成了第一臺全部使用晶體管的計算機RCA501，從而宣告計算機進入了第二代的發(fā)展階段。1959年，IBM公司又生產出全部晶體管化的電子計算機IBM 7090。IBM 7090型計算機從1960年到1964年一直統(tǒng)治著科學計算的領域，并作為第二代計算機的典型代表，被載入計算機發(fā)展的史冊。第二代計算機全部采用晶體管作為邏輯元件，其主存儲器使用磁芯，外存儲器使用磁帶、磁盤。在軟件方面開始使用FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級語言。這一代計算機不僅用于

7、科學計算，還用于數(shù)據(jù)處理和事務處理及工業(yè)控制。相對第一代計算機，這一代計算機的運算速度更高、體積更小、功能更強。,3第3代電子計算機（1964年1970年）1958年，美國物理學家基爾比（Jack Kilby）和諾伊斯（Robert Noyce）同時發(fā)明集成電路。集成電路的問世促使計算機的更新?lián)Q代。1964年4 月，最早采用集成電路的通用計算機系列IBM 360問世，標志著計算機進入了第三代集成電路計算機時代。集成電路的可靠性更高，功耗更少，體積也更為微小，使得計算機的造價大幅度降低，計算機的性能也有了極大的飛躍。,第三代計算機是以中、小規(guī)模集成電路為邏輯元件，其主存儲器開始逐漸采用半導體元件

8、，存儲容量可達幾兆字節(jié)，運算速度可達每秒幾十萬至幾百萬次。體積進一步變小、成本進一步降低，同時性能進一步提高。在軟件方面，操作系統(tǒng)開始使用，使計算機的功能越來越強。正是從第三代計算機時代起，計算機進入普及階段，廣泛應用于數(shù)據(jù)處理、過程控制、 教育等各個方面。,4第4代電子計算機（1971年至今）在20世紀70年代初期，隨著大規(guī)模集成電路（Large Scale Integration，LSI）和超大規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integration，VLSI）的應用，電子計算機迅速發(fā)展到第四代。在第四代計算機的發(fā)展過程中，一個值得注意的發(fā)展趨勢是計算機微型化、巨型化、多媒體

9、化和網(wǎng)絡化。,第4代計算機的一個重要標志是微處理器和微型計算機的誕生。1971年，美國英特爾（Intel）公司推出了第一個微處理器芯片Intel 4004，以這類微處理器為核心的電子計算機就是微型計算機。1981年，IBM公司推出第一臺個人計算機IBM PC，由此開創(chuàng)了計算機歷史的新篇章，也確立了其在微機領域的霸主地位。,高性能計算機的誕生也是第四代計算機的一個引人注目的成就。1975年，美國CRAY公司研制成功巨型計算機CRAY-，實現(xiàn)了當時絕無僅有的超高速每秒1億次運算。2004年11月，IBM公司制造的Blue Gene/L超級計算機成為全球運算速度最快的計算機，其運算速度達每秒70.7

10、2萬億次浮點運算。2008年6月，由IBM公司制造、安裝于美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory，LANL）的Roadrunner（走鵑）超級計算機成為首臺超過每秒千萬億次浮點運算速度的計算機，其運算速度達到每秒1.026千萬億次浮點運算。,我國在高性能計算機技術方面也取得了重要進展。1983年12月在中國計算機工業(yè)史上具有劃時代的意義，國防科技大學研制成功我國第一臺巨型計算機系統(tǒng)“銀河-”，它的向量運算速度為每秒鐘1億次以上，存貯容量可達數(shù)百萬字，軟件系統(tǒng)內容豐富。中國從此跨人了世界巨型計算機的行列。1993年研制成功的“銀河-”計算機

11、，每秒運算10億次。1997年6月，“銀河一”研制成功，運算速度達每秒130億次。2000年，“銀河-”超級計算機問世，峰值性能達到每秒1.0647萬億次浮點運算，其各項指標均達到當時國際先進水平，它使我國高性能計算機系統(tǒng)的研制水平再上一個新臺階。,20世紀80年代中期以后，國家更加重視高性能計算機系統(tǒng)的研制和發(fā)展，在國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）中，專門確立了智能計算機系統(tǒng)主題研究，該主題中的一個重要方面就是高性能計算機及其應用系統(tǒng)的研究。經過數(shù)年的努力，該主題重點支持的高性能計算機系統(tǒng)“曙光”系列機的研制取得了可喜的成果。國家智能計算機研究開發(fā)中心于1993年10月推出曙光系列機的第

12、一個產品“曙光一號”，緊接著又分別推出曙光1000、曙光2000和曙光3000大規(guī)模并行系統(tǒng)。,2004年6月，每秒峰值運算速度11萬億次的“曙光4000”超級計算機研制成功，運算速度列當時世界第10位。它是我國高性能計算機領域中的又一重大成果。2008年11月，曙光5000A在最新一次的全球超級計算機排名榜中位列第10位，運算速度達180.6萬億次，這也是繼曙光4000A之后第二個進入世界前10名的中國超級計算機。,1996年為加強我國高端并行計算機系統(tǒng)的研制，國家并行計算機工程技術中心正式掛牌成立，開始了“神威”系列大規(guī)模并行計算機系統(tǒng)的研制。1999年神威系列機的第一代產品“神威-”巨型

13、機落戶國家氣象局，系統(tǒng)峰值為3840億次浮點運算，該機在實際應用中取得了很好的效果。,20世紀90年代末以生產微機著稱的聯(lián)想集團，也加入了研制高性能計算機系統(tǒng)的行列。2002年由該集團研制的運算速度超過每秒萬億次浮點運算的“深騰1800”高性能計算機系統(tǒng)誕生。它是我國第一臺由企業(yè)研制開發(fā)的萬億次級計算機產品，標志著國內大型IT企業(yè)開始進入高性能計算領域的研究開發(fā)。2003年12月，聯(lián)想“深騰6800”超級計算機問世，實際運算速度為每秒4.183萬億次，峰值運算速度超過每秒5萬億次。,隨著微電子、計算機和數(shù)字化聲像技術的發(fā)展，多媒體技術也得到了迅速發(fā)展，逐步形成了集文字、圖形、圖像、聲音于一體的

14、多媒體計算機系統(tǒng)。計算機與通信技術的結合使計算機應用從單機走向網(wǎng)絡，由獨立網(wǎng)絡走向互聯(lián)網(wǎng)絡。此外，讓計算機具有推理、學習、聯(lián)想等智能行為，是人們追求的目標。與計算機硬件系統(tǒng)的發(fā)展想適應，計算機軟件也得到了飛速發(fā)展。操作系統(tǒng)功能不斷完善，各種開發(fā)工具與開發(fā)技術不斷涌現(xiàn)，各種應用軟件更是層出不窮。軟件業(yè)已成為現(xiàn)代工業(yè)的一部分。,1.2.1 計算機與信息技術 信息技術（Information Technology，IT），簡單地說，就是獲取、加工、存儲、傳輸、表示和應用信息的技術。信息技術的核心是計算機和通信技術的結合。 信息處理就是對所獲得的數(shù)據(jù)進行轉換、識別、分類、加工、整理、存儲等。長期以來，

15、人類主要用人腦、手工進行信息處理工作。使用計算機才實現(xiàn)了信息處理的自動化，才使數(shù)據(jù)處理的速度更快、效率更高。沒有計算機，就不會有現(xiàn)代信息處理技術的形成和發(fā)展，計算機技術已成為信息技術的核心技術。,1.2 計算機與信息社會,1.2.2 信息技術與社會發(fā)展的關系 信息是人類的一種寶貴資源，大量、有效地利用信息，是社會發(fā)展水平的重要標志之一。 信息技術為人們提供了全新的、更加有效的信息獲取、傳遞、處理和控制的手段與工具，極大地擴展了人類信息活動的范圍和空間，增強了人類信息活動的能力。 信息技術的發(fā)展對傳統(tǒng)產業(yè)結構產生了重大的影響，孕育、產生了一個有著無限發(fā)展前景的信息產業(yè)。 信息技術的重大突破，使信

16、息產業(yè)成為世界上最大的產業(yè)。 信息技術對人們的生產、生活產生了巨大的影響，它正在改變著人們的工作和生活方式。,1.2.3 計算機在信息社會的應用 數(shù)值計算早期的計算機主要用于科學計算。目前，科學計算仍然是計算機應用的一個重要領域。它用于解決科學研究和工程技術中提出的數(shù)學計算問題。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)字、字符、文字、聲音、圖形和圖像等各種類型的數(shù)據(jù)進行收集、存儲、分類、加工、排序、檢索、打印和傳送等工作。, 過程控制過程控制也稱實時控制或自動控制。它是指計算機對被控制對象實時地進行數(shù)據(jù)采集、檢測和處理，按最佳狀態(tài)來控制或調節(jié)被控對象的一種方式。4計算機輔助技術計算機輔助設計（Compute

17、r-Aided Design，CAD）是使用計算機來幫助設計人員進行設計的一門新興學科。5人工智能人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指用計算機來模擬人的智能，使其像人一樣具備識別語言、文字、圖形和推理、學習及自適應環(huán)境的能力。,6網(wǎng)絡應用計算機網(wǎng)絡利用通信線路，按照通信協(xié)議，將分布在不同地點的計算機互聯(lián)起來，使其相互通信，實現(xiàn)網(wǎng)上資源共享。20世紀90年代Internet的快速發(fā)展和普及，呈現(xiàn)出廣闊的應用前景。目前，基于Internet平臺的應用不可勝數(shù)。例如，信息檢索、電子商務、電子政務、網(wǎng)絡教育、辦公自動化、金融服務、遠程會議、遠程醫(yī)療、網(wǎng)絡游戲、視頻點播、網(wǎng)絡尋呼等等。,1.3 信息素養(yǎng)及其培養(yǎng),1.3.1 信息素養(yǎng)的含義信息素養(yǎng)（Information Literacy）主要包括三個方面的內容：信息意識、信息能力和信息品質。信息意識就是要具備信息第一意識、信息搶先意識、信息憂患意識以及再學習和終身學習意識。信息能力主要包括信息挑選與獲取能力、信息免