绪论 1 计算机的产生 2 计算机的发展 3 计算机科学与技术学科的构成

1 计算机的产生 计算机从产生到现在，也不过短短几十年时间，却已经极大地影响并将更广泛而深远地影响和改变人类社会的生活。 1 计算机的产生 计算机从产生到现在，也不过短短几十年时间，却已经极大地影响并将更广泛而深远地影响和改变人类社会的生活。 现在人们公认的世界上的第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator， 电子数字积分计算机）是在1946年在美国宾西法尼亚大学被研制成功的。 但若追溯人们研究执行算法任务的机器的历史，那将更为久远。

算法 通俗地讲，一个算法就是完成一个任务的步骤。例如： 任务：将3、74、23、89、22、99、65、109、55、45十个数按从小到大的顺序排列 算法：每次找出未排序的n个数中的最小的数并将其排列在这些数的最前面，接着再同样排列其余n-1个数 结果：3、22、23、45、55、65、74、89、99、109

计算机的产生(1) 公元前3000年，中国人就发明了算筹，逐渐演变成了算盘 1620~1630年间，英国人发明了计算尺 1623年，德国久宾根大学的威尔海姆·什卡尔教授设计了第一个带有进位机构执行四则运算的计算设备的模型 图0.2 西汉年间的金属算筹 图0.3 算盘

计算机的产生(2) （a） （b） （c） 图0.4 什卡尔机模型

计算机的产生(3) 1642年，法国哲学家、数学家和物理科学家布莱斯·帕斯卡（Blaise Pascal, 1623—1662）发明了加法机 ，它的设计思想比较符合人类的思维习惯。 帕斯卡机主要的发明和 重大的进展在于：某一 位的小轮或轴完成了十 个数字的转动，才强使 下一个只转动一个数字。 图0.5 帕斯卡的加法机

计算机的产生(4) 德国哲学家和自然科学家戈特弗里德·威廉·莱布尼兹（Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716）在帕斯卡的思想和工作的影响下，改进了计算机的设计思想，并于1672年成功设计完成了改进的计算机器。 它是第一台不仅能加减而能乘除的演算机，机器的关键部件是个梯形 轴，即齿长不同的圆柱， 第一次实现了带有可变 齿数的齿轮，正是这种 数字轮保证完成乘除法。 图0.6 莱布尼兹的演算机

计算机的产生(5) 英国数学家查尔斯·巴比奇设计了一个差分机，这个差分机实际是一个带有固定程序的专用自动数字计算机 图0.7 巴比奇差分机 图0.8 巴比奇分析机 英国数学家查尔斯·巴比奇设计了一个差分机，这个差分机实际是一个带有固定程序的专用自动数字计算机 巴比奇认识到如果在计算过程中，能改变寄存器之间的连接，则将得到一个通用的自动计算机—解析机。他建议采用穿孔卡片来控制寄存器之间的连接，并在计算过程中提供输入数据。 巴比奇对现代计算思想的最重大贡献就在于其设计中隐含的用程序控制计算的思想。

计算机的产生(6) 用穿孔卡片与机器交换算法的思想是借鉴了穿孔卡片式织布机的技术。早在1801年，约瑟夫·杰卡德（Joseph Jacquard,1752-1834,法国）发明了能织出复杂图案的自动织布机，织布过程的每一步都是由穿孔卡片上穿孔分布的样式来决定的。通过这种方式可以很容易改变织布机所执行的“算法”从而织出不同的图案 赫尔曼·霍勒瑞斯（Herman Hollerith, 1860-1929）根据类似的思想，发明了能够在穿孔卡片上贮存和再现信息的系统（1880年）并创建了后来发展为计算机界蓝色巨人IBM的公司（1924年）

图0.9 哈佛大学研制的机电式自动顺序控制计算机MARK I 计算机的产生(7) 1940年贝尔实验室完成了采用延迟线的继电器计算机Model-1 1944年霍华德·艾肯（Howard Aiken）等研制出了机电式自动顺序控制计算机MARK I，它也是第一台自动通用数字计算机，其中用了大量的继电器 第一台电子真空管的电子数字计算机是1937~ 1941年间在爱荷华州立学院建成的Atanasoff -Berry计算机 在二战快结束时英国研制了用于破译德国电码的计算机COLOSSUS，装有2500只真空管 图0.9 哈佛大学研制的机电式自动顺序控制计算机MARK I

计算机的产生(8) 图0.11 EDVAC计算机 1946年，在美国宾夕法尼亚大学莫尔研究所莫克利(J.W. Mauchly)、艾克特(W.J. Eckert)等人研制成功了功能更加灵活的计算机ENIAC，这就是大家所公认的世界上的第一台采用电子线路技术的通用电子计算机，该机整机大约有18000只真空管

计算机的发展(1) 理论和技术准备 亚里斯多德(Aristotle)创立了古典逻辑学； 莱布尼兹提出了现代逻辑学的最初设想，标志着数理逻辑学科的产生； 布尔采用外延的方法发展了一种相当于命题演算的逻辑代数，一般称为布尔代数； 希尔伯特（Hilbert）是所谓数学机械化思想的积极倡导者，希望，建立一个协调、完全的大系统； 1931年哥德尔发表的不完全性定理表明只要表达能力足够丰富，这种形式系统就不可能是完全的；为了证明不完全性定理，哥德尔发明了原始递归函数，它们是可用机械装置来计算的，即是可计算的

计算机的发展(2) 理论和技术准备 丘奇（Church）：递归函数 波斯特（Post）：波斯特机 图灵（Alan Turing）：图灵机

计算机的发展(3) 冯·诺依曼：冯氏计算机

计算机的发展(4) 第一代（1946年~1958年）：电子管计算机 第二代（1959年~1964年）：晶体管计算机 第三代（1965年~1970年）：集成电路计算机 第四代（1971年开始）：大规模和超大规模 集成电路计算机 第五代计算机：知识信息处理系统 第六代计算机：神经系统电脑

计算机科学与技术学科的构成(1) 应用层 人工智能应用与系统 信息、管理与决策系统 计算可视化 科学计算

计算机科学与技术学科的构成(2) 专业基础层 软件开发方法学 计算机网络与通信技术 程序设计科学 计算机体系结构 电子计算机系统基础

计算机科学与技术学科的构成(3) 专业基础的理论基础层 计算理论 高等逻辑