計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史

1、計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史 摘要：當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)日新月異，特別是信息技術(shù)的迅猛發(fā)展極大地改變了我們的生活，這其中以計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展所帶來(lái)的影響最為明顯。從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC的誕生到現(xiàn)在已有60多個(gè)春秋，這在人類文明的歷史長(zhǎng)河中只是短暫的一瞬間，然而計(jì)算機(jī)卻極大地改變了我們的生產(chǎn)和生活，并將繼續(xù)深刻地影響人類社會(huì)的發(fā)展。本文回顧計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史，追溯它的起源，并淺顯地探討其發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 二進(jìn)制 馮?諾依曼 ENIAC 元器件 發(fā)展趨勢(shì) 一、古代世界的計(jì)算方法 （一）原始社會(huì)的計(jì)算方法 1.石塊、貝殼計(jì)數(shù)。原始社會(huì)，生產(chǎn)力水平低下，人們的智力尚未得到開(kāi)發(fā)，所以用于計(jì)算的方法極其原始：當(dāng)時(shí)

2、人們收集石塊放到用動(dòng)物的皮做成的袋子里，或?qū)⒇悮び霉轻樅椭参锏奶贄l串聯(lián)起來(lái)，用“一對(duì)一”的方法，計(jì)算獵物或者植物果實(shí)的數(shù)量。 2.結(jié)繩計(jì)事/數(shù)。隨著時(shí)間的推移和人們智力水平的提高，原始人在長(zhǎng)繩上打結(jié)點(diǎn)，利用結(jié)點(diǎn)的大小和形狀的不同來(lái)記事或計(jì)數(shù)，這比用貝殼、石塊進(jìn)行記事或者計(jì)數(shù)方便了許多，但隨著時(shí)間的推移人們對(duì)繩子結(jié)點(diǎn)的內(nèi)容容易模糊甚至忘記。 3.手指計(jì)數(shù)。原始人的手指和足趾是個(gè)天生的“計(jì)數(shù)器”，用手掌表示“五”，雙手表示“十”。時(shí)至今日，幼兒甚至某些小學(xué)生在計(jì)算數(shù)學(xué)題時(shí)，仍用手指計(jì)數(shù)。 （二）古代文明社會(huì)的計(jì)算方法 1.算籌又稱小棒計(jì)數(shù)。人們利用竹子、木頭、獸骨、象牙以及金屬材料制成長(zhǎng)短、粗細(xì)大

3、致相同的小棒用以計(jì)數(shù)，這在我國(guó)稱為算籌。它是古代數(shù)學(xué)家重要的計(jì)算工具，比如，三國(guó)時(shí)期數(shù)學(xué)家劉徽用它把圓周率計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后兩位；南北朝數(shù)學(xué)家祖沖之更是用它將圓周率計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后第七位。在歐洲，人們還在木牌上刻條紋，代表債務(wù)或稅款，將木牌一分為二，債務(wù)當(dāng)事人各存一半，結(jié)賬時(shí)拼合比對(duì)無(wú)誤，則被承認(rèn)。 2.算盤(pán)即珠算。算盤(pán)是以算珠代替算籌，并將其串成串，以一定規(guī)則框成一個(gè)框架，并配之計(jì)算口訣，運(yùn)用起來(lái)更加方便。它源于中國(guó)，“算盤(pán)”一詞最早見(jiàn)于元朝陶宗儀的南村輟耕錄。 3.根據(jù)自然現(xiàn)象或自然個(gè)體來(lái)輔助計(jì)算。進(jìn)入農(nóng)牧?xí)r代，人們根據(jù)自然現(xiàn)象或自然個(gè)體來(lái)輔助計(jì)算。如用太陽(yáng)方位計(jì)算時(shí)辰，用水流量、沙流量計(jì)算體積

4、和時(shí)間，用季節(jié)循環(huán)計(jì)算年份等等。后來(lái)人們從中總結(jié)出自然規(guī)律，發(fā)明了自己的符號(hào)、工具和文字用以記載、記錄和預(yù)測(cè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活及自然界發(fā)生的變化。各國(guó)文字、尺、規(guī)、距、斗等由此發(fā)展而來(lái)。 4.計(jì)算尺。英國(guó)人甘特在公元1520年設(shè)計(jì)出計(jì)算尺，在一些較特殊的運(yùn)算中比較快速、省時(shí)。 5.手搖計(jì)算機(jī)。法國(guó)數(shù)學(xué)家巴斯嘉最早發(fā)明了手搖計(jì)算機(jī)。它用齒輪代表數(shù)字，以齒輪間的咬合裝置實(shí)現(xiàn)進(jìn)位，高位齒輪轉(zhuǎn)一圈，低位齒輪轉(zhuǎn)十圈。經(jīng)過(guò)逐步改良，它既能做加、減法，又能做乘、除法，運(yùn)用起來(lái)更加簡(jiǎn)捷、快速。 二、電子計(jì)算機(jī)的誕生 （一）歷史背景 二十世紀(jì)三、四十年代，隨著火炮的發(fā)展，彈道計(jì)算日益復(fù)雜，原有的手搖計(jì)算機(jī)已不能滿足使

5、用的要求。為了擺脫這種被動(dòng)局面，迫切需要有一種新的快速的電子計(jì)算工具。在此背景下電子計(jì)算機(jī)的研制工作被提上了日程。 （二）理論基礎(chǔ) 1.二進(jìn)制思想的誕生。18世紀(jì)德國(guó)數(shù)理哲學(xué)大師萊布尼茨從他的傳教士朋友鮑威特寄給他的拉丁文譯本易經(jīng)中，讀到了八卦的組成結(jié)構(gòu)，驚奇地發(fā)現(xiàn)其基本素?cái)?shù)（0）（1），即易經(jīng)的“陰爻- -”和“_陽(yáng)爻”，其進(jìn)位制就是二進(jìn)制，并認(rèn)為這是世界上數(shù)學(xué)進(jìn)制中最先進(jìn)的。這時(shí)二進(jìn)制思想最早被提出來(lái)。 2.巴貝奇與分析機(jī)。巴貝奇設(shè)想用機(jī)械來(lái)計(jì)算數(shù)學(xué)表，他設(shè)計(jì)了一臺(tái)小型機(jī)械計(jì)算機(jī)，能進(jìn)行8位數(shù)的特定數(shù)學(xué)運(yùn)算。在政府的資助下，他潛心設(shè)計(jì)一臺(tái)容量為20位數(shù)的計(jì)算機(jī)，但這需要有精深的機(jī)械工程知識(shí)

6、。巴貝奇經(jīng)過(guò)專心的研究，于1834年設(shè)計(jì)出分析機(jī)。 3.圖靈與圖靈機(jī)。圖靈在一篇題為“論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用”的論文中，給“可計(jì)算性”下了一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，并提出著名的“圖靈機(jī)”的設(shè)想?！皥D靈機(jī)”與“馮?諾依曼機(jī)”并駕齊驅(qū)，被永遠(yuǎn)載入計(jì)算機(jī)的發(fā)展史冊(cè)。今天世界計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)就被稱為“圖靈獎(jiǎng)”，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)科學(xué)界的諾貝爾獎(jiǎng)。 4.香農(nóng)與二進(jìn)制。香農(nóng)在其碩士論文繼電器與開(kāi)關(guān)電路的符號(hào)分析中，提出了把電路系統(tǒng)的“開(kāi)”和“關(guān)”與二進(jìn)制符號(hào)中的“1”和“0”對(duì)應(yīng)起來(lái)的設(shè)計(jì)思想。這奠定了數(shù)字電路的理論基礎(chǔ)。 5.馮?諾依曼的歷史性貢獻(xiàn)：存儲(chǔ)程序和程序控制原理。馮?諾依曼開(kāi)創(chuàng)性的將二進(jìn)制作

7、為計(jì)算機(jī)的數(shù)制基礎(chǔ)，極大地簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的邏輯線路，并提出基于存儲(chǔ)程序和程序控制的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工作原理，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)理論，馮?諾依曼機(jī)的結(jié)構(gòu)體系一直沿用至今。 （三）世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC（中文名字：埃尼阿克）的誕生 1946年2月14日，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生。 三、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段 一般以電子計(jì)算機(jī)的邏輯元器件的不同來(lái)劃分其發(fā)展過(guò)程。據(jù)這個(gè)原則，現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了以下四個(gè)階段。 1.電子管計(jì)算機(jī)（19461958）。計(jì)算機(jī)的元器件采用電子管，軟件采用機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言。其特點(diǎn)是：體積大、耗電大、可靠性差、價(jià)格昂貴、維修復(fù)雜。 2.晶體

8、管計(jì)算機(jī)（19581964）。計(jì)算機(jī)的元器件采用晶體管，軟件也較以前有了提高，出現(xiàn)了大量的高級(jí)語(yǔ)言和編譯程序并且出現(xiàn)了操作系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：體積縮小，耗電減少，可靠性提高，性能比第一代計(jì)算機(jī)有很大的提高。 3.集成電路計(jì)算機(jī) （19641971）。計(jì)算機(jī)的元器件采用中小規(guī)模集成電路，軟件逐漸完善，分時(shí)操作系統(tǒng)、會(huì)話式語(yǔ)言等多種高級(jí)語(yǔ)言都有新的發(fā)展。特點(diǎn)是：體積更加小型化、耗電量更少、可靠性更高，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。 4.大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971年以后）。計(jì)算機(jī)的元器件采用了大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路。其特點(diǎn)是：微型化、耗電極少、可靠性很高；它開(kāi)創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代，微處理器和微型計(jì)算機(jī)如雨后春筍般地被研制出來(lái)，個(gè)人電腦開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，人類真正進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代。 四、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 一般認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要發(fā)展方向是微型化 、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體計(jì)算機(jī)。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是對(duì)芯片技術(shù)和人工智能科學(xué)研究的深入，越來(lái)越多的專家和學(xué)者更傾向于將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展歸結(jié)為三個(gè)領(lǐng)域。第一個(gè)領(lǐng)域是向“高、精、尖”的方向發(fā)展，即所謂的巨型計(jì)算機(jī)。其容量越來(lái)越大，性能越來(lái)越高，速度越來(lái)越快，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有舉足輕重的作用。另一個(gè)領(lǐng)域就是向廣度方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)越來(lái)越滲透