计算机的史前史

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1、第 1 章 认识计算机,1.1 计算机的史前史 计算工具的发展简史,人类和猿最重要的区别就是发明、制造和使用工具,手动式计算工具结绳记事, 中国古书中记载的“上古结绳而治”； 拉丁文中“Calculus”的原意是用于计算的小石子。 计算工具：手指，采用十进制。 绳子、石子的用途：延长手指的计算能力和存储能力。,远古时代,古巴比伦人采用 60 进制， 玛雅人采用 20 进制。,手动式计算工具算筹, 算筹：第一个人造计算工具。 我国古代劳动人民最先创造和使用了这种简单的计算工具。 南北朝时期，祖冲之用算筹作为计算工具将圆周率精确到3.1415926和3.1415927之间。,春秋时期,手动式计算工

2、具算筹,示例：计算 206 + 15,阿拉伯数字是由古印度人民发明的，12世纪由阿拉伯人传入欧洲。,祖冲之如何用算筹计算圆周率？,人类为什么要发明计算工具？,手动式计算工具算盘, 算盘：计算工具发展史上第一次重大改革。 我国古代劳动人民创造的。 在英语中，算盘有两种拼法：abacus 和 Suan-Pan。 算盘由算筹演变而来，并且和算筹并存竞争了一个时期，终于在元代后期取代了算筹。,元代后期,手动式计算工具纳皮尔算筹, Napier算筹：英国人发明。 用加法操作来实现乘法操作。,1617 年,手动式计算工具纳皮尔算筹,示例：计算 25 8,从Napier算筹可以得到什么启示？,将复杂运算转换

3、为简单运算。,手动式计算工具计算尺, 数学原理：根据对数原理，在两个圆盘的边缘标注对数刻度，然后让它们相对转动，基于对数原理用加减法来实现乘除运算。 18世纪末，瓦特在尺座上添置了一个滑标。,1621 年, 对数计算尺：英国人发明。,手动式计算工具（小结）,机械式计算工具,机械：利用力学原理组成的各种装置，如杠杆、滑轮以及枪炮等（新华字典）。,滑 轮,机械式计算工具帕斯卡加法器, 帕斯卡加法器：法国人发明。 背景：钟表技术、齿轮技术。 帕斯卡加法器由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮来实现加减运算、用连杆实现进位。,1642 年,启示：可以用机械工具来模拟人的思维活动。,机械式计算工具莱布尼

4、茨四则运算器, 莱布尼茨四则运算器：德国人发明。 工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。 乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。,1673 年,机械的含义？,需要手动上发条，然后就可以机械地实现计算手动机械。,机械式计算工具莱布尼茨四则运算器, 莱布尼茨四则运算器：德国人发明。 工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。 乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。,1673 年,手动上发条相当于现代计算机的什么操作？,输入操作，如果找不到输入信息的机械方法，那么就不是真正意义上的机械式计算工具。, 穿孔卡片：法国人发明。 Joseph Jacquard（雅各

5、）发明了可编程织布机，通过读取穿孔卡片上的编码信息来自动控制织布机的编织图案。,机械式计算工具雅各织布机,1804 年, 本质上是一种输入设备。 20 世纪 70 年代还在普遍使用。,机械式计算工具雅各织布机,1822 年,机械式计算工具差分机, 差分机：英国人（巴贝奇）发明。 背景：英国工业革命，航海和天文计算。 差分机原理：任何连续函数都可以用多项式严格地逼近，例如：,1822 年,机械式计算工具差分机, 差分机：英国人（巴贝奇）发明。 背景：英国工业革命，航海和天文计算。 采用寄存器（齿轮式装置）来存储数据使计算工具从手动机械跃入自动机械。,难点和关键是什么？,不仅输入信息需要机械化，而

6、且操作信息也要机械化。,机械式计算工具分析机, 分析机：英国人（巴贝奇）发明。 背景：瓦特发明了蒸气机。 以齿轮为元件、以蒸汽为动力。虽然没有实现，但意义重大，采用了具有现代意义的装置： （1）存储装置 （2）运算装置 （3）控制装置 （4）输入和输出装置,1832 年, 英国著名诗人拜伦的独生女爱达奥古斯塔为分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。 历史上第一位程序员。 爱达和巴贝奇为计算机的发展创造了不朽的功勋，他们对计算机的预见超前了一个多世纪，正是他们的辛勤努力，为后来计算机的出现奠定了坚实的基础。,机械式计算工具分析机,爱达,机电式计算机,机电：机械和电子设备的总称（新华字典）。,机

7、电式计算机制表机, 制表机：美国人发明。 背景：机电技术、美国人口普查，参与了美国1890年的人口普查工作。 第一台可以自动进行加减乘除运算、累计存档、制作报表的机电式计算工具。 输入、输出、存储均用穿孔卡片。 人类历史上第一次利用计算工具进行大规模数据的自动处理。,1886 年, Z-1计算机：德国人发明。 先后研制出Z-2、Z-3、Z-4。 第一台采用二进制和继电器的通用程序计算机。二进制、浮点记数法、带存储地址的指令等思想已经有人提出，但朱斯第一次将这些思想具体实现。,机电式计算机Z系列,1938 年,启示：站在巨人的肩膀上，怎么才能站上去呢？ 多读书，读好书, 1941年，朱斯向德国政

8、府申请基金用来建造计算机，用于破译敌人的密码，德国政府没有批准。 与此同时，英国政府秘密组建一个由科学家和工程师组成的绝密小组，1943年，图灵等人研制成功Colossus（巨人计算机），使得英国军方能够窃取并破译德国的军事情报。,机电式计算机巨人计算机,1943 年,机电式计算机MARK-I, MARK-I：美国人发明，1944年研制成功。 哈佛大学数学教授霍华德艾肯在读过巴贝奇和爱达的笔记后，被巴贝奇的远见卓识所震惊，提出用机电的方法，而不是纯机械的方法来实现分析机。,1936 年,电子计算机ABC, ABC计算机：美国人约翰.阿塔纳索夫发明。 第一次提出采用电子技术来提高计算机的运算速度。,1939 年,电子计算机ENIAC,莫克利,埃克特,1943 年, ENIAC：美国人发明。 背景：军械部为计算弹道和射击表启动的计划，宾夕法尼亚大学。,电子计算机ENIAC,1946 年, ENIAC：美国人发明。 背景：军械部为计算弹道和射击表启动的计划，宾夕法尼亚大学。 1946年宣告竣工。 使用18 000个电子管，占地 167 平方米，重达 30 吨。 每秒5000次加法，300次乘法。, 第一台真正运转的电子计算机，开启了电子计算机的序幕。,计算工具的发展简史（时间表）,