2015年荐1.1 计算机的发展.docVIP

1.1 计算机的发展 现代计算机的诞生是20世纪人类最伟大的发明创造之一。计算机是各行各业必不可少的一种基本工具，计算机与信息处理知识已成为人们必修的基础文化课程之一。1.1.1 计算机的概念 计算机Computer）是一种能够在其内部指令控制下运行，并能够自动、高速而准确地对信息进行处理的现代化电子设备。它通过输入设备接受字符、数字、声音、图片和动画等数据；通过中央处理器进行计算、统计、文档编辑、逻辑判断、图形缩放和色彩配置等数据处理；通过输出设备以文档、声音、图片或各种控制信号的形式输出结果；通过存储器将数据、处理结果和程序存储起来以备后用。 随着计算机技术的不断发展，计算机的功能也越来越完善，已具有了相当强的逻辑判断力、自动控制能力和记忆能力，在一定程度上代替了人脑的工作，所以有时人们也将计算机称为“电脑”。 1.1.2 计算机的产生基础 . 计算机产生的技术基础 在人类历史上，计算工具的发明和创造走过了漫长的道路。在原始社会，人们曾使用绳结、垒石或枝条作为计数和计算的工具。我国在春秋战国时期有了筹算法的记载，到了唐朝已经有了至今仍在使用的计算工具算盘。欧洲16世纪出现了对数计算尺和机械计算机。 在20世纪50年代之前，算盘、对数计算尺、手摇或电动的机械计算机一直是人们使用的主要计算工具。到了20世纪40年代，一方面由于近代科学技术的发展，对计算量、计算精度、计算速度的要求不断提高，原有的计算工具已经满足不了应用的需要，另一方面，计算理论、电子学以及自动控制技术的发展，也为现代电子计算机的出现提供了可能。1621年，英国人威廉·奥特瑞发明了计算尺。 法国数学家布莱斯·帕斯卡于 1642 年发明了机械计算器。 机械计算器用纯粹机械代替了人的思考和记录，标志着人类已开始向自动计算工具领域迈进。 1822年英国人查尔斯设计了差分机和分析机。设计的理论非常的超前，类似于百年后的电子计算机。 机械计算机在程序自动控制、系统结构、输入输出和存贮等方面为现代计算机的产生奠定了技术基础。 制造电子计算机的关键性技术是采用电子元件代替机电式计算机中的继电元件和机械设备。 进入20世纪，电子技术有了飞速的进展，1906年，美国人弗斯特发明了电子管。电子三极管控制电流的开关速度，比电磁继电器快１万倍，而且可靠性高得多。可以用电子管取代继电器制作计算机。后来，把一对三极管用电路连接起来，制成电子触发器，为电子计算机的产生作了进一步的技术准备。 理论基础 现代科学的发展，特别是数学的发展，为电子计算机的产生提供了理论基础。 1854年，英国逻辑学家、数学家乔治·布尔就设计了一套符号，表示逻辑理论中的基本概念，并规定了运算法则，把形式逻辑归结成一种代数运算，从而建立了逻辑代数。 应用逻辑代数可以从理论上具体解决具有两种电状态的电子管作为计算机的逻辑元件问题。提前差不多一个世纪为现代二进制计算机铺平了道路。 1936年，英国数学家图发表了论文《理想计算机》，给出了现代电子数字计算机的数学模型，从理论上论证了通用计算机产生的可能性。 1938年，现代信息论的著名创始人香侬(美国)在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可以通过继电器电路来实现。1.1.3 电子计算机的诞生及发展历程 1.诞1946年2月14日，世界上第一台ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）在美国宾夕法尼亚大学诞生。ENIAC的问世标志着电子计算机时代的到来，它的出现具有划时代的意义。 图1-2 电子数字积分计算机 2. 电子计算机的发展历程 从第一台电子计算机诞生到现在的近6 0多年，计算机技术以前所未有的速度迅猛发展，早期计算机大约每隔 8~10年速度提高10倍，成本、体积缩小10倍；近年来，大约每隔3年，计算机性能提高近4倍，成本下降50% 。人们常按制造计算机所用的元器件将计算机分为四代：第一代电子管（1946-195）第二代晶体管（1958-1964第三代（1965-1972）小规模集成电路计算机第四代（1971）大规模尽管人们早已谈论第五代、第六代计算机了，但一些专家认为，新一代计算机系统的本质是智能化，它具有知识表示和推理能力，可以模拟或部分代替人的智能，具有人机自然通信能力。从1946年第一台计算机诞生起，计算机已经走过了半个世纪的发展历程。多年来，计算机在提高速度、增加功能、缩小体积、降低成本和开拓应用等方面不断发展。1.1.4 未来的新型计算机 1. 超导计算机 当电子开关元件的速度达到纳秒级时，整个计算机必须容纳在边长小于3厘米的立体中，才不会因信号传输而降低整机速度。可是，芯片的集成度越高，计算机的体积越小，机器发热的后果就越严重。解决问