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40 计算机文化基础 第二章 计算机的发展与应用 机电工程系 罗贤亮

41 内容提要 内容提要 内容提要 2.1 计算机发展史 2.2 计算机的类型 2.3 计算机的软件系统 2.4 计算机应用与社会信息化

42 计算机发展史 计算机系统 硬 件 软 件

43 人类追求的计算工具 计算机发展史 1822 差分机 1642 Blaise Pascal 加法器 Charles Babbage
电子计算机时代 手工到机械自动 计算机是人类对计算工具的不懈努力追求的最好回报。我们的祖先早在史前时期就已经知道了用石块和贝壳计数。随着文化的发展，人类创造了简单的计算工具。我国在唐朝就开始使用算盘，17世纪出现了计算尺，这些都是著名的手动计算工具。 1642年，法国数学家帕斯卡（Pascal）创造了第一台能完成加、减运算的机械计算器，用来计算税收，取得了很大的成功。1673年德国莱布尼兹（Leibnitz）改进了帕斯卡的设计，增加了乘、除运算。这一时期的计算机有一个共同的特点，就是每一步运算都需要人工干预，即操作数由操作者提供，计算结果由操作者重新安排。这些发明在灵巧性上有些进步，但都无一例外，没有突破手工操作的局限。 直到19世纪20年代，英国数学家巴贝奇（Babbage）才取得突破，从手动机械跃入机械自动时代，巴贝奇提出了自动计算机的基本概念：要使计算机能自动进行计算，必须把计算步骤和原始数据预先地存放在机器内，并使计算机能取出这些数据，在必要时能进行一些简单的判断，决定自己下一步的计算顺序。他还分别于1823年和1834年设计了一台差分机和一台分析机，提出了一些创造性的建议，从而奠定了现代数字计算机的基础。 机械计算到电动计算 1884年，美国工程师赫尔曼·霍雷斯（Herman Hollerith）制造了第一台电动计算机，采用穿孔卡和弱电流技术进行数据处理，在美国人口普查中大显身手。 美国哈佛大学应用数学教授霍华德·阿肯受巴贝奇思想启发，在1937年得到美国海军部的经费支持，开始设计“马克1号”（由IBM承建），于1944年交付使用。 “马克1号”采用全继电器，长51英尺、高8英尺，看上去像一节列车，有750000个零部件，里面的各种导线加起来总长500英里。总耗资四五十万美元。 “马克1号”做乘法运算一次最多需要6秒，除法10多秒。运算速度不算太快，但精确度很高（小数点后23位）。 机电全自动到电子数字 虽然“马克1号”与ENIAC建成时间相距很近，但在技术的采用上相距甚远。 ENIAC采用了电子管技术。 ENIAC 1833 分析机 MARK I

44 第一台电子计算机（ENIAC） 计算机发展史 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 ENIAC的由来 世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰·莫克利（John Mauchly）和工程师普雷斯伯·埃克特（J – Presper Eckert）领导研制的取名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）的计算机。 1942年在宾夕法尼亚大学任教的莫克利提出了用电子管组成计算机的设想，这一方案得到了美国陆军弹道研究所高尔斯特丹（Goldstine）的关注。当时正值第二次世界大战之际，新武器研制中的弹道问题涉及许多复杂的计算，单靠手工计算已远远满足不了要求，急需自动计算的机器。于是在美国陆军部的资助下，1943年开始了ENIAC的研制，并于1946年完成。当时它的功能确实出类拔萃，例如它可以在一秒钟内进行5000次加法运算，3毫秒便可进行一次乘法运算，与手工计算相比速度要大大加快，60秒钟射程的弹道计算时间由原来的20分钟缩短到30秒。但它也明显存在着缺点。它体积庞大，机器中约有18800只电子管，1500个继电器，70000只电阻及其他各类电气元件，运行时耗电量很大。另外，它的存储容量很小，只能存20个字长为10位的十进位数，而且是用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。 尽管如此，ENIAC的研制成功还是为以后计算机科学的发展提供了契机，而每克服它的一个缺点，都对计算机的发展带来很大影响，其中影响最大的要算是“程序存储”方式的采用。将程序存储方式的设想确立为体系的是美国数学家冯·诺依曼（Von Neumann)，其思想是：计算机中设置存储器，将符号化的计算步骤存放在存储器中，然后依次取出存储的内容进行译码，并按照译码结果进行计算，从而实现计算机工作的自动化。

45 电子恐龙的缩骨法——晶体管 晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。 计算机发展史 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。 划时代的实验装置 继电器与电子管的比较： 在电子管内，每秒钟内电子流可开关100万次，在继电器中，每秒中只能达到100次，两者相差1万倍。这也就是机械模拟计算与电子数字计算的区别。 电子管的缺点： 体积大（约有一个普通25瓦白炽灯这么大） 耗能高、散热量大 ENIAC有18800个各种类型的电子管，为了解决电子管的散热大问题，ENIAC的工作现场便呈现了这样一番景象：两台12匹马力的鼓风机，以每分钟600立方英尺的气流的强风吹个不停，同时又在关键部位挂上温度计、调节器和恒温器。 晶体管的特点： 1947年底，贝尔实验室研制出了可以替代电子管的晶体管。晶体管能够完成电子管的一切工作，而且又解决了真空管自身所带的缺点，性能更加稳定。 体积小，总有一天晶体管可以达到它的理论极限——分子极限，即只要用一个电子的有无就能表示开和关的状态。 耗能低，有人测算过，一个跳蚤每分钟跳一次的能量就足够一个晶体管电路运行所需的全部能量。 晶体管的缩骨举例： 20年代的助听器，由于使用电子管而重达16磅。晶体管的发明马上使它变成火柴梗大小而得以放进耳朵里。 ENIAC

46 将电脑浓缩在一颗芯片上 420,000,000 2,300 晶 体 管 数 目 4004 奔腾4 计算机发展史 0.18微米芯片
集成电路的发明 1958年9月，德州仪器公司工程师杰克·基尔比（Jack Kilby）在锗晶片一个大拇指指甲盖大小的地方放置了5个元件，其中有四个晶体管。在晶体管发明以前，人们无法想象能把各种电子元件组合在这么小的地方。集成电路的出现改变了以往晶体管、电阻、电容器以及导线的“各行其事”，而将它们组织到一起。 集成电路的集成技术 集成电路起初像基尔比模型那样，只是用一根导线在一块硅晶片上把几个晶体管连在一起。紧接着，连线的技术得到改进，由沉淀在晶体管四周硅材料上的小铝导体取代导线，由以前的在硅材料变硬后在上面铺线改为埋线。不久，埋线的技术又得到改进，使原来的导线由线变成了点，即通过在晶体管里掺杂一些特殊的杂质，由它们来导电。用类似的方法，其他一些元件如电阻和二极管等，也一步步融进硅晶片中。 随着技术的进步，硅晶片越来越小，也越来越薄，而其上的晶体管数目和管线则越来越多。从基尔比模型上的4个晶体管，变成了60年代中期的10个，80年初的10000个，直至今日的几千万个。 我们从元器件的间隔距离体会集成度： ENIAC：一般为5厘米； （1972年）4004微处理器芯片10微米； （1974年）8080微处理器芯片6微米； （1979年）8086微处理器芯片3微米； （1985年）80386微处理器芯片1.5微米； （1990年）80486微处理器芯片0.8微米； （1993年）80586微处理器芯片0.6微米； （1995年）“奔腾”0.5微米……突破0.2微米的记录…… 10微米芯片

47 计算机第一定律——摩尔定律 每18个月芯片能力增长一倍。 计算机发展史 单 位 时 晶 间 体 执 管 行 数 的 指 令 数 百万条/每秒
Moore定律 1965年，戈登摩尔（Gordon Moore）准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告。他整理了一份观察资料。在他开始绘制数据时，发现了一个惊人的趋势。每个新芯片大体上包含其前任两倍的容量，每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18~24个月内。如果这个趋势继续的话，计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。 Moore的观察资料，就是现在所谓的Moore定律，所阐述的趋势一直延续至今，且仍不同寻常地准确。人们还发现这不光适用于对存储器芯片的描述，也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础。在26年的时间里，芯片上的晶体管数量增加了3200多倍，从1971年推出的第一款4004的2300个增加到奔腾II处理器的750万个。 由于高纯硅的独特性，集成度越高，晶体管的价格越便宜，这样也就引出了摩尔定律的经济学效益，在20世纪60年代初，一个晶体管要10美元左右，但随着晶体管越来越小，直小到一根头发丝上可以放1000个晶体管时，每个晶体管的价格只有千分之一美分。 据有关统计，按运算10万次乘法的价格算，IBM704电脑为1美元，IBM709降到20美分，而60年代中期IBM耗资50亿研制的IBM360系统电脑已变为3.5美分。 每18个月芯片能力增长一倍。

48 计算机发展的几个阶段 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） 按照所采用的基本元件，计算机的发展经历了4个阶段： “埃迪瓦克”（EDVAC）是典型的第一代电子计算机。第一代电子计算机的主要特点是使用电子管作为逻辑元件。它的五个基本部分为运算器，控制器，存储器，输入器和输出器。运算器和控制器采用电子管，控制器和运算器构成中央处理机，存储器采用电子管和延迟线，这一代计算机的一切操作，包括输入输出在内，都由中央处理机集中控制。这种计算机主要用于科学技术方面的计算。 第一代电子计算机使用的是“定点运算制”，参与运算的绝对值必须小于1；而第二代电子计算机则增加了浮点运算，使数据的绝对值可达到2的几十次方或几百次方，使电子计算机的计算能力实现了一次飞跃。同时，用晶体管取代了电子管使第二代电子计算机的体积大大减小，寿命延长，价格降低，为电子计算机的广泛应用创造了条件。 第二代电子计算机是用晶体管制造的计算机。在20世纪50年代之前，计算机都采用电子管作元件。电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小，重量轻，寿命长，效率高，发热少，功耗低等优点。使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观，制造高速电子计算机的设想也就更容易实现了。 第三代电子计算机是使用了集成电路的计算机。集成电路所包含的元件数量以每1~2年翻一番的速度增长着。发展到70年代初期，大部分电路元件都已经以集成电路的形式出现。甚至，在像拇指指甲那样大的约1平方厘米的芯片上，就可以集成上百万个电子元件。 进入20世纪60年代后，微电子技术发展迅猛。在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路，并立即在电子计算机上得到了应用。由大规模和超大规模集成电路组装成的计算机，就被称为第四代电子计算机。美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。 1964年911机 1966年112机 第四代 （1971~90年代） 集成电路 几百万~几亿（次/秒） 第三代 （1965~1970） 集成电路 百万~几百万（次/秒）

49 计算机的商用化 计算机发展史 计算机的第一个商业顾客——烤面包卖茶点的利昂（lyons） 进入社会，开启办公自动化理念 ENIAC
LEO充当会计师 改进 lyons参与部分投资 利昂公司在二战结束后，曾派汤普逊和另外一位职员去美国考察二战时办公管理的先进经验。汤普逊等人到美国后，曾计划去看ENIAC，但因涉及军事机密，吃了闭门羹，只好去哈佛大学看“马克1号”。回来后，向公司呈交了一份考察报告，报告中强调一种名为计算机的新机器对公司的办公极有裨益，应速下决断，开发这种机器。因此找到英国剑桥大学“数学实验室”，加入了EDSAC的研制开发，并在EDSAC成功研制后，开始复制EDSAC（命名为LEO，利昂电子办公），LEO被请到公司承担起会计工作，计算各种税单、工资单，甚至参加了新产品的研发工作，这一切变得那么的神奇有效。 从烤面包卖茶点到复制EDSAC卖计算机，利昂公司这一有趣的转变，有着深刻的历史意义：计算机已在它诞生五六年之后就走出实验室，进入了商业领域。 EDSAC LEO (Lyons Electronic Office) Lyons复制EDSAC

50 奠定现代计算机发展的重要人物和思想 Claude Shannon 计算机发展史
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。 Claude Shannon 1938年，香侬发表了著名的论文《继电器和开关电路的符号分析》，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，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。 香侬是现代信息论的著名创始人。现代信息论的出现对现代通信技术和电子计算机的设计产生了巨大的影响。信息论对早期的计算机产业没有什么直接影响，但随着数字压缩技术的出现和成熟，该理论的影响力日益加深。 阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则，这也是现代电子计算机所依据的三条基本原则： 　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。 阿塔纳索夫倡导用电子管作开关元件，这为实现高速运算创造了条件。他主张把数字存储和数字运算分开进行，这一思想一直贯穿到今天的计算机结构设计之中。阿塔纳索夫及其同事于1939年研制出第一台数字计算机的模型。

51 计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。
计算机发展史 图灵与图灵机 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。 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” 1936年，年仅24岁的英国人图灵发表了著名的《论应用于决定问题的可计算数字》一文，提出思考实验原理计算机概念。图灵把人在计算时所做的工作分解成简单的动作，与人的计算类似，机器需要：（1）存储器，用于储存计算结果；（2）一种语言，表示运算和数字；(3)扫描；（4）计算意向，即在计算过程中下一步打算做什么；（5）执行下一步计算。具体到一步计算，则分成：（1）改变数字的符号；（2）扫描区改变，如往左进位和往右添位等；（3）改变计算意向等。图灵还采用了二进位制。这样，24岁的他就把人的工作机械化了。这种理想中的机器被称为“图灵机”。图灵机是一种抽象计算模型，用来精确定义可计算函数。图灵机由一个控制器，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组成。工作带起着存储器的作用，它被划分为大小相同的方格，每一格上可书写一个给定字母表上的符号，控制器可以在纸带上左右移动，控制器有一个读写头，读写头可以读出控制器访问格子上的符号，也能改写和抹去这一符号，这就是计算机史上与“冯·诺依曼机器”齐名的“图灵机”。这个概念如此简单的机器，理论上却可以计算任何直观可计算函数。图灵在设计了上述模型后提出，凡可计算的函数都可用这样的机器来实现，这就是著名的图灵论题。现在图灵论题已被当成公理一样在使用着，它不仅是数学的基础之一。 半个世纪以来，数学家提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。1945年，图灵到英国国家物理研究所工作，并开始设计自动计算机。1950年，图灵发表了题为《计算机能思考吗？》的论文，给人工智能下了一个定义，而且论证了人工智能的可能性。1951年，他被选为英国皇家学会会员。

52 软件的概述 硬件 软件 存储程序工作原理的计算机决定了它的使用方式： 编写程序和运行程序 计算机软件概述 软件史上的重要人物 阿黛·拜伦
“吃软不吃硬”的EDSAC 　　1949年，人类第一台存储程序计算机EDSAC问世时，由于没有程序，EDSAC并不能解决实际问题，直到8个月后，才听使唤，这让它的设计者威尔克斯充分领教了计算机“吃软不吃硬”的怪脾气。 　　软硬件的明确划分则是在1969年，IBM耗资50亿美元的“IBM360系统电脑”获得空前成功后，宣布“自1970年1月1日起，IBM的电脑产品不再含混地分为电子元件、硬件设备、外部设备、操作系统、程序等类，而是分为两大类：硬件和软件，软件部分分开记价……”。 　　软硬件的明确划分，并不说明软硬件之间的水火不相容特质：在计算机发展的初级阶段，硬件只承担较简单的指令系统功能，而高一级的重活就交给软件来完成，这就是所谓的“硬件软化”，随着计算机硬件技术的发展，许多原来用程序实现的操作如加减乘除、浮点运算等又改由硬件来实现，这又有了“软件硬化”。 　　在计算机总体设计和基础元件的制造中，清一色都是男人的世界，但在软件方面却是巾帼不让须眉。 　　阿黛·拜伦在巴贝奇的指导下，从1842年起做了一项开创性的工作，为分析机编写程序。阿黛编写的程序在执行指令运算中有着向前或向后越过几条指令的跳跃功能，并能循环执行。为纪念这位计算机程序设计的先驱，计算机界把一种结构性的程序设计语言命名为“Ada”。 　　格雷斯·霍普参与了“马克1号”的设计，并负责该机器的运行。格雷斯完成了第一个编译器编写，能把高级程序设计语言编写的程序转换为计算机可直接执行的机器语言。开发了第一个用于商业数据处理的类似英语的语言（Flow_Matic，该语言后经改进成为COBOL语言）。为纪念格雷斯·霍普在计算机软件方面的杰出贡献，计算机界设立了著名的霍普奖。 　　威尔克斯和戴维·韦勒在计算机编程方面做出创造性的贡献：主程序调用子程序，初始化命令。 软件史上的重要人物 阿黛·拜伦 格雷斯·霍普 威尔克斯 戴维·韦勒 软件

53 计算机世界中的中国 计算机发展趋势 1952年在清华大学成立中国第一个计算机三人研究小组 组长 闵大可 电机系教授
组长 闵大可 电机系教授 1954年小组经扩充和调整，并入中科院近代物理研究所 负责人 钱三强 1958年完成第一台电子计算机103 1959年完成大型电子计算机104 1959年中国自行研究的107计算机问世 1965年中国开始研制第三代计算机（集成电路） 1977年研制成功中国第一台微机DJS050 　　我国计算机事业是从1956年制定《十二年科学技术发展规划》后开始起步的。1958年成功地仿制了103和104电子管通用计算机。 　　60年代中期，我国已全面进入到第二代电子计算机时代。当时研究和生产的计算机有441B、X-2、121、109机等，以后还生产过108Z及320等计算机。 　　我国的集成电路在1954年已研制出来，但真正生产集成电路是70年代初期。整个70年代我国先后生产或研制成的第三代计算机有655、150、013、151、260等，这些属于中型计算机。研制和生产的小型计算机有DJS100系列、 DJS130系列和DJS180系列，其中DJS130在全国生产量最大。 　　80年代以来，我国的计算机科学技术进入了迅猛发展的新阶段。目前，已建立了完整的计算机科研、生产与服务体系，在计算机教育、普及与应用方面有了良好的开端。微处理器与微型计算机的研究与应用正在全国蓬勃兴起，16位微处理器已研制成功，与国际上主流计算机机型完全兼容的80X86计算机系列已投入生产，中、大型计算机与巨型计算机的研制取得了令人鼓舞的成就。1992年，国防科技大学研制成功10亿次/秒的YH-II型巨型计算机，1997年，国防科技大学又研制成功130亿次/秒的YH-III型巨型计算机，系统的综合技术达到国际先进水平。这标志着我国巨型计算机技术已达到世界先进水平。

54 计算机世界中的日本 辉煌： 失误： 打败Intel的芯片巨人，迫使Intel 于1985年另辟 战场（微处理器） 笔记本电脑的领军人物
计算机发展趋势 计算机世界中的日本 辉煌： 打败Intel的芯片巨人，迫使Intel 于1985年另辟 战场（微处理器） 笔记本电脑的领军人物 失误： 第五代计算机（智能计算机）的开发者 高清晰度模拟电视 　　日本在计算机业界的角色可谓一言难尽，需要与美国的角色相比较而言，60~80年代末，两者的角色关系令美国人扼腕长叹：种子在美国发芽，开花结果却在日本。90年代后，人们忽然发现，日本在获取种子的同时，也给对手留下了几十年后开花结果的种子。 　　当年正是在日本人的催促下，Intel推出了第一个微处理器，几十年后又在日本人的竞争中，迫使Intel放弃苦心经营15年之久的存储芯片，全力投向微处理器，终于把个人电脑时代一步步推向辉煌。 　　在存储芯片上，近年来日本受到台湾和韩国的强烈冲击。 日本的贡献： 70年代研制出数字电路的“大规模集成”前提技术：在硅晶体上描画微米间距的“照像”装置。 以其低成本，性能可靠的半导体产品改变了计算机业界的格局。 率先在个人电脑市场中的便携式电脑引入液晶显示器，并占领该市场。 两个价值均在100亿美元的失误： 1）80年代的第五代计算机的开发。开发原因有二：一是判断90年代后以后计算机的主要用途是知识处理，二是急于摆脱“日本人善于技术跟踪，不善于独立的科学研究和指示创新”的国际形象，选择了“并行推理机”为突破口，开始了超越冯·诺依曼体系结构的第五代智能化计算机的研制。 2）在争夺“眼球经济”大战中，背离了数字技术，固守着模拟技术领域，选择了高清晰模拟电视赌注。

55 计算机世界中的印度 世界软件产业王国 硅谷 慧谷 计算机发展趋势 1985年，印度软件业产值为1000万美元
1994年，印度软件业产值为10亿美元 2000年，印度软件业产值为50亿美元 在软件出口规模和质量与总产值的比例上， 印度居世界第一。 　　印度拿出了1和0这两个阿拉伯数字参与了计算机的早期贡献，后又竭尽全力发掘这两个数字的魅力而成为了世界计算机软件产业王国。 　　1985年，印度政府制定了《计算机软件出口、软件开发和培训政策》，开始大规模发展计算机软件产业。 　　在70年代末，印度在计算机整机研制和硬件开发上还比不上中国。80年代后，印度将脑力作为在高纯硅晶片上的“炼金术”，在本国班加罗尔建成印度最大的计算机软件中心“慧谷”。 硅谷 慧谷

56 计算机发展——微型化 计算机发展趋势 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。 Altair 8800
　　微型机从出现到现在不过二十几年，因其小、巧、轻、使用方便、价格便宜，其应用范围急剧扩展，从太空中的航天器到家庭生活，从工厂的自动控制到办公自动化，以及商业、服务业、农业等等，遍及各个社会领域。PC机的出现使得计算机真正面向人人，真正成为大众化的信息处理工具。如今的微型计算机在某些方面已可以和以往的大型机相媲美。 牛郎星 　　1974年研制的牛郎星8800（使用Intel8080芯片），是世界上第一台大批量生产又取得成功的微型计算机，共销出1000台。 　　这台烤箱般大小，没有键盘，没有显示器，面板上有十几个指示灯和固定开关，售价只有397美元的电脑开启了个人电脑时代的到来。 苹果的创举 　　1977年4月正式登场的“苹果2型”计算机是当时最有代表性的微型计算机，也是世界上第一台带有彩色图形界面的微型计算机，它成为个人电脑史上的里程碑作品。 个人电脑 　　个人电脑与微型计算机的区别在于前者是以个人为主体的计算机， “苹果2型”就是一个典范，这个价值1000多美元的装置不仅有严谨的结构、规范的系统和通用的设置，而且有彩色图形界面，有调制解调器、有音乐合成器。 便携式电脑 　　1981年4月在美国的一个电脑展销会上，出现了一台“奥斯伯尼I型”小电脑（Osborne），体重只有24磅，配有64K随机存取芯片，5英寸显示器，键盘、鼠标、调制解调器、软盘驱动器一应俱全，还可以使用Wardstar等文字处理软件，售价为1795美元，这是世界上第一台便携式电脑。

57 计算机发展——巨型化 计算机发展趋势 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 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。 CRAY-Ⅱ 　　研制巨型机是现代科学技术，尤其是国防尖端技术发展的需要。核武器、反导弹武器、空间技术、大范围天气预报、石油勘探等都要求计算机有很高的速度和很大的容量， 一般大型通用机远远不能满足要求。很多国家竟相投入巨资开发速度更快、性能更强的超级计算机。巨型机的研制水平、生产能力、及其应用程度已成为衡量一个国家经济实力和科技水平的重要标志。 　　目前巨型机的运算速度可达每秒几百亿次运算。这种巨型机一秒内所作的计算量相当于一个人用袖珍计算器每秒作一次运算、一天24小时、一年365天连续不停地工作31709年。这种计算机使研究人员可以研究以前无法研究的问题，例如研究更先进的国防尖端技术、估算100年以后的天气、更详尽地分析地震数据以及帮助科学家计算毒素对人体的作用等等。 　　巨型机从技术上朝两个方向发展：一方面是开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能。目前巨型机的时钟周期大约在2～7ns；另一方面是采用多处理器结构，提高整机性能，如CRAY－4就采用了64个处理器。 　　在实践中，有些科学技术题目需要并行计算。八十年代中期以来，超并行计算机的发展十分迅速，这种超并行巨型计算机通常是指由100台以上的处理器所组成的计算机网络系统，它是用成百上千甚至上万台处理器同时解算一个课题，来达到高速运算的目的。这类大规模并行处理的计算机将是巨型计算机的重要发展方向。 　　目前我国已研制成功“银河－Ⅲ ”百亿次巨型计算机。该系统采用了目前国际最新的可扩展多处理机并行体系结构。它的整体性能优越、系统软件高效、网络计算环境强大、可靠性设计独特、工程设计优良、运算速度可达每秒130亿次，其系统综合技术达到当前国际先进水平。在该系统研制的同时，一批适用于天气预报、地震机理研究、量子化学研究、气动力研究等方面的高水平应用软件也研制出来，这使它增加了进入市场的竞争力。 银河Ⅱ 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”

58 计算机发展——网络化 计算机发展趋势 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： 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。 　　当计算机最初用于信息管理时，信息的存储和管理是分散的。这种方式的弱点是数据的共享程度低，数据的一致性难以保证。 于是以数据库为标志的一代信息管理技术发展起来，而以大容量磁盘为手段、以集中处理为特征的信息系统也发展起来。80年代PC机的兴起冲击了这种集中处理的模式，而计算机网络的普及更加剧了这一变化。数据库技术也相应延伸到了分布式数据库，客户机-服务器的应用模式出现了。当然，这不是向分散处理的简单的回归，而是螺旋式的上升。随着因特网的迅猛发展，网络安全、软件维护与更新、多媒体应用等迫使人们再次权衡集中与分散的问题：是否可以把需要共享和需要保持一致的数据相对集中地存放，是否可以把经常更新的软件比较集中地管理，而把用户端的功能仅限于用户界面与通信功能，而这就是网络计算机（Network computer，NC）的由来。 从网络计算机的角度来看，可以把整个网络看成是一个巨大的磁盘驱动器，而NC可以通过网络从服务器上下载大多数乃至全部应用软件。这就意味着作为PC的使用者，从此可以不再为PC机的软硬件配置和文件的保存煞费苦心。由于应用软件和文件都是存储在服务器而不是各自的PC机上，因此无论是数据还是应用软件，用户总能获得最新的版本。目前，NC的发展还没有达到预期的规模，但其中的一些思想值得我们借鉴。

59 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”。 计算机发展趋势
——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” 　　计算机的智能化就是让计算机来模拟人的感觉、行为、思维过程的机理，使计算机具备逻辑推理、学习等能力。 　　超级计算机性能再好，速度再快，却仍在按人们事先编制好的程序指令来照章办事，仍就无法成为容忍程序错误的计算机。 大脑的结构与01的关系 　　大脑的基本成分是神经细胞（即神经元），神经元又分为突触和轴突，两者以生物电流的方式，一个管输入，一个管输出，使神经细胞一直处于兴奋或抑制的状态，而电子元件的开启和闭合的状态正好与神经细胞中的兴奋或抑制状态对应，那么大脑的思维机制不就也可以用0和1来表示了吗? 启发式程序 　　研制人员采用心理学学科知识，把认知理论、人机交互等结合起来，建立了“智力问题解决和学习”的模型，将人脑的思维方式、技巧、规则以及策略等以程序的形式事先告诉计算机，使计算机能够通过推理规则自己去探索解决方案。 卡斯帕罗夫与“深蓝” 　　“深蓝”是世界上水平最高的电脑棋手，它体重2.6吨，每秒能执行50~100亿条指令，即每秒能计算出200~300万步棋。 　　卡斯帕罗夫则是历史上最伟大的人类棋手。 　　1996年2月10日，卡斯帕罗夫以三胜两和一负的战绩令“深蓝”失手，捍卫了“人类的尊严” 。 　　1997年5月12日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝”。 Deepblue Garry Kasparov

60 计算机软件系统 软件一般可分为系统软件和应用软件。
系统软件通常是负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户提供一个友好的操作界面，以及服务于一般目的的上机环境。 应用软件是专业人员为各种应用目的而开发的程序，这些程序通常是利用高级语言编程或使用应用程序的生成工具生成的。

61 计算机语言的发展 第一代语言——机器语言 如： 011011 000000 000000 000001 110101
计算机软件系统 计算机语言的发展 第一代语言——机器语言 如： 其功能为：清除累加器，将内存117单元内容与累加器内容相加。 第二代语言——汇编语言 上面的机器语言可以表示为： CLA 第三代语言——高级语言、算法语言 第四代语言——非过程化语言 第五代语言——智能性语言 机器语言是计算机诞生和发展初期使用的语言，表现为二进制的编码形式，是由CPU可以识别的一组由0、1序列构成的指令码。 汇编语言开始于20世际50年代初，它是用助记符来表示没一条机器指令。 但汇编语言程序的大部分语句还是和机器指令一一对应的，语句功能不强，因此编写较大的程序时仍很繁琐。 高级语言起使于20实际50年代中期，它与人们日常熟悉的自然语言和数学语言更接进，可读性强，编程方便。第三代语言又叫过程语言。 第四代语言是面向目标的语言。 第五代语言除具有第四代语言的基本特征以外，还具备许多新的功能，特别是具有一此智能。日本曾宣布选取PROLOG作为第五代计算机的核心计算机语言来研究与开发。

62 计算机应用与社会化 计算机的应用领域 科学计算（数值计算） 信息（数据）处理 过程控制（实时控制） 计算机辅助工程 人工智能 计算机模拟

63 计算机文化与道德 计算机是一种“可以传授给人知识的工具”，也是一种“无比有力的知识工具”。 计算机犯罪 保护知识产权
计算机应用与社会化 计算机文化与道德 计算机是一种“可以传授给人知识的工具”，也是一种“无比有力的知识工具”。 计算机犯罪 保护知识产权 计算机病毒：是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者毁坏数据，影响计算机使用，并能自我复制的一组计算机指令或程序代码。

64 按连接方式可分为：源码型、入侵型、操作系统型和外壳型病毒。
计算机应用与社会化 计算机病毒的特征与分类 病毒的特征： 传染性 未经授权而执行 隐蔽性 潜伏性 破坏性 不可预见性 病毒的特征 按传染方式可分为：引导型、文件型和混合型病毒 按连接方式可分为：源码型、入侵型、操作系统型和外壳型病毒。 按破坏性分类：良性病毒和恶性病毒。