计算机发展史?
计算机的学名是计算机,计算机是用来做计算的。在古代,人们最早使用的计算工具可能是手指。英文单词“digit”既有“数字”的意思,也有“手指”的意思。古人用石头打猎,所以有可能石头是用来辅助计算的。缺点:手指和石头效率太低。
然后就来了“打结”?“记住。?缺点:打结慢,绳子长度有限。
不知道过了多久,很多国家的人开始用“筹码”来计数,最著名的是中国商周时期出现的计数。在古代,计算和编制其实都是长短粗细相同的小棍,270块左右为一束;?它由竹子、木头、动物骨头、象牙、金属和其他材料制成。数学家祖冲之用来计算圆周率的工具就是计算。?计算的缺点:使用计算太麻烦不方便——计算时需要慢慢放置。
于是,人们发明了更好的计算工具——算盘,最早可能萌芽于汉代,定型于南北朝,以进位制计数。使用的时候需要配合一套公式——就像电脑软件一样。算盘本身也可以存储数字,使用起来非常方便。至今,算盘仍在使用。
15世纪,随着天文学和航海的发展,计算工作越来越繁重,计算工具亟待改进。
1630年,英国数学家奥特雷德(Oughtred)在使用流行的对数标度进行乘法运算时,突然想到,如果使用两个对数标度,很快就不需要用两足标度来测量长度了。他的想法导致了机械化计算的诞生,但奥特雷德并不在乎,他的发明在接下来的200年里都没有在实践中得到应用。
18年底,发明蒸汽机的瓦特成功制作了第一把计算尺,并在尺座上加了一个滑标来“存储”计算的中间结果。这个滑痕被后人沿用了很久。
1850之后,计算尺发展迅速,成为工程师随身携带的“计算器”。直到20世纪五六十年代,计算尺还是工科学生的一种身份象征。
第一台真正的计算机的出现
帕斯卡,法国数学家,出生于1623。他在三岁时失去了母亲,由身为税务官员的父亲抚养长大。帕斯卡小时候,看到父亲吃力地计算税率,就想帮父亲做点什么。
19 (1642)岁时,帕斯卡发明了人类历史上第一台机械计算机——帕斯卡加法器。它是由一系列齿轮组成的装置,看起来像一个长方形的盒子。儿童玩具的钥匙拧紧后才能旋转,只能加减。但是,即使只做加法,也存在“十进一”的进位问题。聪明的帕斯卡采用了小爪棘轮装置。当定位齿轮向9旋转时,棘爪逐渐上升;一旦档位转到0,棘爪咔哒一声落下,将十位数档位向前推一档。
帕斯卡死于1662年。不久后,德国伟大的数学家莱布尼茨看到帕斯卡关于加法计算机的论文,激起了他的发明欲望。莱布尼茨早年经历坎坷,后来得到了去法国的机会。在巴黎时,他聘请了一些著名的机械专家和工匠,终于在1674年制造出了一台更加完善的机械计算机。
莱布尼茨发明的新型计算机长约1米,内部安装了一系列齿轮机构。除了尺寸大,基本原理都是继承自Pascal。然而,莱布尼茨更胜一筹。他给计算机增加了一个叫做“步进轮”的装置。步进轮是一个有九个齿的长圆柱体,九个齿依次分布在圆柱体的表面;旁边还有一个小齿轮可以沿轴向移动,以便与步进轮一一啮合。小齿轮每转一圈,步进轮就可以分别转动1/10,2/10圈,直到9/10圈,这样就可以不断重复加法。
连续重复计算加减法
连续重复计算加法是现代计算机做乘除运算的一种方法,莱布尼茨的加减乘除四则计算机运算一应俱全。
介绍莱布尼茨的时候还有一个小插曲。(传说在1700左右的某一天,莱布尼茨的朋友送给他一副中国的“易图”,其实就是八卦。在看八卦的时候,我发现每个八卦都是由阴阳符号组成的。这不是正规的二进制数吗?于是他率先系统地提出了二进制算法。直到今天,我们使用的计算机仍然是。)
到现在电脑还是由人来操作,但是没有实现人和机器的对话,或者俱乐部把人的想法告诉机器,让机器按照人的想法自动执行。说到实现人机对话,就要说说另一个行业——纺织行业。
提花针织机是一种带提纱的提花装置,是一种可以制作丝绸组织图案的织机。
刚开始的时候,针织机织花纹还是挺麻烦的。所有的丝织物都是由经线(纵线)和纬线(横线)织成的。为了织出图案,织工必须根据预先设计好的图案,小心翼翼地将一些经线“提起”到适当的位置,这样梭子就可以抽出不同颜色的纬线穿过。当然,机器是不可能自己去“思考”从哪里提起线的。它只能用手“抬起”一个又一个经线,不知疲倦地重复这一操作。
1725?法国纺织技工布乔发明了“穿孔纸带”的概念。布乔想出了一个“穿孔纸带”的绝妙主意。布乔先设法用一排织针控制所有经纱运动,然后拿一卷纸,按图案打一排排小孔,压在织针上。开机后,面对小孔的织针可以穿过并钩住经线,其他的被纸带挡住。于是,织针根据预先设计好的花型自动选择经纱,布乔的“思想”被“传送”到针织机上,针织花型的“程序”被“储存”在打孔纸带的小孔里。
1790?当时法国机械师Jakade基本形成了改进提花机的想法。因为是法国大革命,贾卡德直到1805才开始关心发明。雅各布在他的提花机上加了一个装置,可以同时操作?1200?织针,控制图案的穿孔纸带后来被穿孔卡片取代。
在电子计算机发展后的最初几年,我们可以在许多著名的计算机中找到自动提花机的身影。
18年底,法国启动了一项宏大的工程——手工编制数学表格,由于当时没有先进的计算工具,这项工作异常艰巨。花了很多数学家组装了一条手工计算流水线,17卷的大部分手稿都是在黑暗中完成的。即便如此,数学用的计算表还是有很多错误。
巴贝奇在他的自传《一个哲学家的人生历程》中写道,大约1812,“一天晚上,我坐在剑桥大学分析学会的办公室里,出神地低头看着在我面前打开的一张对数?看好了。一个成员走进房间,看到我的样子,喊道:‘你好!“你梦见什么了,”我指着对数表回答说,'我在想这些表?也许你可以用机器来计算!"
巴贝奇的第一个目标是做一个“差异延伸”。
所谓“差”的意思,就是把函数表复杂的公式转化为差分运算,用简单的加法代替平方运算。那一年,刚满20岁的巴贝奇从法国人雅克·卡德发明的提花针织机中获得了灵感。差分机的设计闪烁着程序控制的光芒——它可以按照设计者的意志自动处理不同函数的计算过程。巴贝奇在1822年花了十年时间完成了第一台差分机,它可以处理三个不同的5位数,计算精度达到小数点后6位,并立即算出了几个函数表。由于当时工业技术水平极低,巴贝奇亲自完成了第一台差速器从设计图到机械零件加工。当他看着自己的机器做出精确的数学表时,高兴地对人说:“就算我的机器出了毛病,比如齿轮卡住了,动不了,也没关系。你看,每个轮子上都有数字标记,不会欺骗任何人。”未来的实际应用证明,该机非常适合编制航海和天文用的数学表。
获得成功后,巴贝奇连夜写信给英国皇家学会,要求政府资助他建造第二座大型差分分机,运算精度达到20位数。看到巴贝奇的研究有利可图,政府第一次与科学家签订了第一份合同。
然而,第二差速发动机在机械厂撞上了“礁石”。二差机大概有25000个零件,主要零件的误差不能超过千分之一寸。即使以现在的加工设备和技术,造出这么高精度的机器也不容易。
由于进展缓慢,到1842,政府宣布停止对巴贝奇的一切资助,甚至科学界的一些人也用异样的眼光看着他。
然而就在这个时候,巴贝奇收到了一封信。作家不仅表示理解,还希望和他一起工作。娟秀字体的签名显示了她的不凡身份——伯爵夫人。收到信后不久,写信的女士来到了巴贝奇的实验室。巴贝奇觉得这位女士很面熟,但她记不起在哪里见过。直到那位女士说,“你还记得我吗?十几年前,你也给我讲过微分延伸的原理。看到巴贝奇疑惑的眼神,她笑着补充道:“你说我看见望远镜像野人。“巴贝奇突然意识到,他想起了非常遥远的过去。?原来这位女士是英国著名诗人拜伦的独生女阿达·奥古斯塔。
1834年,在大规模差分扩展受挫的时候,巴贝奇提出了更新更大胆的设计——通用数学计算机。巴贝奇称之为“分析机器”,可以自动解决100个变量的复杂计算问题,每个数字可以达到25位数,速度为每秒1次。
巴贝奇首先想到了一个齿轮式的“存储库”用于分析机制。每个档位可以存储65,438+00位,总共可以存储65,438+0,000个50位。分析器的第二部分是所谓的“运算室”,其基本原理类似于帕斯卡的轮子,但他改进了进位装置,使50位加50位的运算可以在一个轮子中完成。此外,巴贝奇还构思了数据的收发机制,以及在“存储室”和“操作室”之间传输数据的组件。他甚至考虑如何让这台机器处理有条件转移。一个多世纪后,现代计算机的结构几乎是巴贝奇分析仪的翻版,但其主要部件已被大规模集成电路所取代。也就是说,巴贝奇不愧为计算机系统设计的“鼻祖”。
阿达评论得非常准确:“分析器‘编织’的代数模式与Jaccard织布机编织的马赛克一模一样”。于是,为分析仪编写一批函数计算程序的重担就落在了她的肩上。阿达第一次给计算机写程序,包括计算三角函数的程序,级数相乘的程序,伯努利函数的程序等等。阿达编译了这些程序,即使在今天,年轻一代的计算机软件仍然不敢轻易更改一条指令。人们公认她是世界上第一位软件工程师。众所周知,美国国防部据说花费了250亿美元和65,438+00年的时间,用一种计算机语言混合了它所需要的软件的所有功能,希望它能成为军队中成千上万台计算机的标准。1981年,这种语言被正式命名为阿达语,使得阿达的英文名流传至今。当然,这些都是后话。
当时,为了把分析机的图纸变成现实,两人耗尽了所有的财产,变得身无分文。在此期间,他们筹集资金进行研究,他们还讨论“下海创收”,比如做象棋玩具、赛马游戏机等等。但这并没有带来任何改变。为此,阿达还两次拿着丈夫的祖传宝物去典当行要钱,但后来被阿达的母亲赎回。在经历了贫困和无休止的脑力劳动后,阿达的身体状况急剧恶化。1852年,年仅36岁的阿达带着对分析仪的美好梦想死去。
阿达死后,巴贝奇又在沉默中坚持了20年。晚年不能正确发音?并且有条不紊的表达自己,但依然坚持工作。巴贝奇死于1871。最终,分析仪没有做出来。巴贝奇和阿达构想了一种分析机器,这种机器至少领先于他们那个时代一个世纪。
1890期间,德国籍的霍尔瑞斯博士在美国做了一次人口普查(上次人口普查用了7年)。人口普查需要做很多工作,比如通过问卷收集的年龄、性别等项目,还要统计每个社区有多少老人、小孩、男女。Horatius博士想用机器自动统计这些数据。几年后
他根据巴贝奇的发明和贾卡德的穿孔纸带设计了机器。结果,花了六个星期才得到准确的数据。
Jakade和Horatius分别是编程和数据处理的先驱。从历史的角度看他们的发明,正是这种编程和数据处理构成了计算机“软件”的雏形。
1896年,霍拉修斯博士创立了IBM的前身。
到现在,制造出来的计算机都是机械的,这是机械计算机向电子计算机过渡时期的主要事件。
1906年,美国的deforest发明了电子管,为计算机的发展奠定了基础。
1907年,deforest向美国专利局申请了真空三极管(电子管)的发明专利。真空三极管可以分别处于“饱和”和“关断”状态。“饱和”是指从阴极到屏幕的电流被完全打开,相当于开关被打开;“关”是指没有电流从阴极流向屏幕,相当于闭合了开关。它的控制速度比艾肯的接力快上千倍。
例如,计算工具的发展经历了从简单到复杂、从低级到高级的不同阶段
比如从《结绳笔记》中的绳结到计算、算盘计算尺、机械电脑等等。它们在不同的历史时期发挥了各自的历史作用,同时也启发了现代电子计算机的发展思路。
从65438年到0889年,美国科学家赫尔曼·霍尔瑞斯(herman hollerith)研制了一种基于电学的电子制表器,用来存储计算数据。
1930年,美国科学家瓦内瓦·布什建造了世界上第一台模拟电子计算机。
1946年2月4日,美国军方定制的世界上第一台电子计算机“ENIAC电子数值和计算器”在宾夕法尼亚大学问世。Eniac(中文名:ENIAC)是美国奥伯丁武器试验靶场为满足弹道计算的需要而开发的。这个计算器使用17840个电子管,尺寸为80英尺×8英尺,重量为28t(吨)。其功耗为170kW,运算速度为每秒5000次,成本约为48.7万美元。ENIAC的问世具有划时代的意义,预示着电子计算机时代的到来。在接下来的60年里,计算机技术以惊人的速度发展,任何技术的性价比都可以在30年内提高6个数量级。
1代:电子管数码机(1946—1958)
硬件方面,采用真空管作为逻辑元件,水银延迟线作为主存储器。
、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯;外部存储器使用磁带。软件使用机器语言和汇编语言。应用领域主要是军事和科学计算。
缺点是体积大,功耗高,可靠性差。它速度慢(通常每秒几千到几万次),而且很贵,但它为计算机的未来发展奠定了基础。
第二代:晶体管数字机(1958—1964)
操作系统、高级语言及其编译器在软件中的应用领域主要集中在科学计算和事务处理,并开始进入工业控制领域。其特点是体积更小、能耗更低、可靠性更高、运算速度更快(一般为每秒654.38+百万次,最高可达300万次),性能优于654.38+0代计算机。
第三代:集成电路数字机(1964—1970)
在硬件方面,采用中小规模集成电路(MSI,SSI)作为逻辑元件,磁芯仍然作为主存储器。在软件方面,有分时操作系统和结构化、规模化的编程方式。其特点是速度更快(一般每秒几百万到几千万次),可靠性显著提高,价格进一步降低,产品走向通用化、系列化和标准化。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。
第四代:大规模集成电路机器(1970至今)
在硬件方面,逻辑元件是大规模和超大规模集成电路(LSI和VLSI)。在软件方面,出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言。1971年,世界上第一台微处理器在硅谷诞生,开启了微型计算机的新时代。应用领域逐渐从科学计算、事务管理、过程控制走向家庭。
由于集成技术的发展,半导体芯片的集成度更高,每个芯片可以容纳数万甚至数百万个晶体管,运算器和控制器可以集中在一个芯片上,从而出现了微处理器,可以用大规模和超大规模集成电路组装成微型计算机,即微型计算机或pc机。微型计算机体积小,价格便宜,使用方便,但其功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。另一方面,用大规模和超大规模集成电路制成的各种逻辑芯片被做成巨型计算机,体积不是很大,但运算速度可以达到一亿次甚至几十亿次。在我国,继1983研制成功每秒1亿次运算的银河I型超级计算机后,1993又研制成功每秒10亿次运算的银河II型通用并行超级计算机。这一时期还产生了新一代的编程语言、数据库管理系统和网络软件。
随着物理元件和设备的变化,不仅主机发生了升级,其外部设备也在不断变化。比如外存,从最初的阴极射线显示管发展到磁芯和磁鼓,再到万能磁盘,现在有了体积更小、容量更大、速度更快的光盘。