• 主讲教师：柳忠勇• 单位 : 信息技术学院• 邮箱： lzy@hactam.edu.cn

一、计算机的产生、发展与趋势

1642 Blaise Pascal加法器加法器 Charles BabbageCharles Babbage

1822 差分机

1833 分析机MARK IMARK IENIACENIAC

电子计算机时代

计算机发展史

第一台电子计算机（ ENIAC ）

5000 次加法 / 秒

体重 28 吨

占地 170m2

18800 只电子管

1500 个继电器

功率 150KW

计算机发展史

电子恐龙的缩骨法——晶体管

ENIACENIAC 划时代的实验装置

晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。

电子管的缺点：体积大；耗能高、散热量大。

晶体管的优点：体积小；耗能低；性能稳定。

计算机发展史

晶体管数目

4004 奔腾 4

420,000,000

2,300

将电脑浓缩在一颗芯片上

0.18 微米芯片

10 微米芯片

计算机发展史

晶体管数

单位时间执行的指令数

百万条/

每

秒

每 18 个月芯片能力增长一倍。

计算机第一定律——摩尔定律 计算机发展史

第一代（ 1946~1956 ）

电子管5 千 ~4 万（次 / 秒）

第二代（ 1957~1964 ）

晶体管几十万 ~ 百万（次 / 秒）

第三代（ 1965~1970 ）

集成电路百万 ~ 几百万（次 / 秒）

第四代（ 1971~90 年代）

集成电路几百万 ~ 几亿（次 / 秒）

1964 年 911 机 1966 年 112 机

计算机发展的几个阶段 计算机发展史

计算机的商用化

计算机的第一个商业顾客——烤面包卖茶点的利昂（ lyons ）

ENIACENIAC

EDSACEDSAC

改进 lyons 参与部分投资

进入社会，开启办公进入社会，开启办公自动化理念自动化理念

Lyons 复制 EDSAC

LEO LEO (Lyons Electronic Office)(Lyons Electronic Office)

LEO 充当会计师

计算机发展史

香侬香侬是现代信息论的著名创始人。 1938 年，香侬在发表的论文中，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。

阿塔纳索夫阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则：1 ）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，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储功能相分 离的结构。

奠定现代计算机发展的重要人物和思想

Claude ShannonClaude Shannon

计算机工作原理

图灵与图灵机

为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于 1966 年设立了“图灵奖”

计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。

图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。

计算机工作原理

John von Neumann冯诺依曼

1949 EDSACEDSAC

冯 · 诺依曼计算机

存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为 CPU 的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。

计算机工作原理

Altair 8800

计算机发展——微型化

计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。

计算机发展趋势

计算机发展——网络化

计算机网络：计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。

计算机发展趋势

CRAY-ⅡCRAY-Ⅱ

计算机发展——巨型化（计算复杂性）

运算速度可达每秒几百亿次运算的 超级计算机超级计算机1975 年世界上第一台超级计算机“ Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。

中国超级计算机：国防科技大学研制的“银河 1号”、 “银河 2号”和“银河 3号”国家职能计算机中心推出的“曙光 1000” 和“曙光 200I” 银河Ⅱ银河Ⅱ

计算机发展趋势

计算机发展——智能化

“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的‘没有灵魂的机械’来”。

——笛卡尔（ 1637 ）人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（ 1742 年）第一代机器人机械手（ 1962 年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”

DeepblueDeepblue

Garry Kasparov Garry Kasparov

计算机发展趋势

计算机发展——非冯 - 诺依曼型

1 ．量子计算机

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理设备。当某个设备处理和计算量子的信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

2 ．神经网络计算机

生物大脑神经网络可看作是一个大规模并行处理、紧密耦合的、能自行重组的计算网络。神经网络使人能有效地组织和处理信息。对神经网络进行研究，并从大脑工作的模型中抽取计算机设计的模型就是所谓的神经网络计算机。

计算机发展——非冯 - 诺依曼型

3 ．化学、生物计算机

从 20 世纪 80 年代开始，各国科学家们就在探计研制化学、生物计算机。在运行机理上，化学计算机以化学制品中的微观碳分子作信息载体，来实现信息的传输与储存。因此，它具有更小的体积、更快的运算速度和强大的计算能力，其信息传输速度可能比人脑思维速度还要快若干倍，具有十分诱人的发展前景。

4 ．光计算机

光计算机是用光子代替现代半导体芯片中的电子，以光互联来代替导线制成数字计算机机。

计算机的主要应用领域计算机已成为人们时刻不能离开的帮手。归结起来，其主要应用领域如下所示。 (1) 科学计算也称数值运算，是指用计算机来解决科

学研究和工程技术中所提出的复杂的数学问题。这是计算机最早最重要的应用领域。在整个计算机的应用中，其比重虽已不足 10% ，但其重要性依然存在。

(2) 事务数据处理也称信息处理。利用计算机对所获取的信息进行记录、整理、加工、存储和传输等。这是计算机应用最广泛的领域，包括管理信息系统(MIS) 和办公自动化 (OA) 等。计算机机时的 80 ％是从事于这样或那样的非数值数据处理。

(3) 计算机控制也称实时控制或过程控制。利用计算机对动态过程 ( 如控制配料、温度、阀门的开闭，乃至人造卫星、航天飞机、巡航导弹等 ) 进行控制、指挥和协调。

(4) 生产自动化生产自动化 (production automation ，PA) 在这里是指利用计算机辅助设计、辅助制造产品，如集成制造系统等内容。

(5) 数据库应用数据库应用 (database applications) 是计算机应用的基本内容之一。任一发达国家，从国民经济信息系统和跨国科技情报网到个人的亲友通信、银行储蓄账户，均与数据库打交道。办公自动化与生产自动化，也需要有数据库的支持。

(6) 人工智能，人工智能 (artificial intelligence) 也称智能模拟，是指利用计算机来模仿人类的智力活动。主要应用在机器人 (robots) 、专家系统、模拟识别(pattern recognition) 、智能检索 (intelligent retrieval) 、自然语言处理、机器翻译、定理证明等方面。

(7) 网络应用利用计算机网络，使一个地区、一个国家、甚至在世界范围内的计算机与计算机之间实现信息、软硬件资源和数据共享，可以大大促进地区间、国际间的通信与各种数据的传输与处理，改变了人的时空的概念。现代计算机的应用已离不开计算机网络。

(8) 计算机模拟，计算机模拟 (computer simulation) 是用计算机程序代替实物模型来做模拟试验，可广泛应用于工业部门和社会科学领域。在 20 世纪 80 年代末还出现了“虚拟现实 (virtual reality ， VR)” 的新技术，这将是 21 世纪初期最有前景的新技术之一。

(9) 计算机辅助教育计算机辅助教育 (computer bared education ， CBE) 包括 CAI(computer aided instruction, 计算机辅助教学 ) 和 CMI(computer managed instruction, 计算机管理教学 ) 两部分。平时所说的计算机辅助教学主要指 CAI 。