计算机发展简史

计算机发展简史

• 手动式计算工具
• 机械式计算工具
• 机电式计算机
• 电子管计算机
• 晶体管计算机
• 集成电路计算机

手动式计算工具

手指

结绳计事

公元纪年法：来自于西方的纪年方法，以耶稣诞生的那一年称为公元1年（没有公元0年的说法），此时对应我国古代西汉末年（王莽篡汉）的时期。现在的2022年称为公元后2022年，可以看出从我国历史上第一个朝代 夏朝（约公元前2070年-约公元前1600年）一直到今天，我国历史上下一共将近有5000年文化历史（中华文化上下五千年）。

??计算尺发明于大约1620-1630年，在约翰·奈皮尔（John Napier，1550-1617，苏格兰数学家、神学家对数的发明者） 对数 概念发表后不久。牛津的埃德蒙·甘特（Edmund Gunter）发明了一种使用单个对数刻度的计算工具，当和另外的测量工具配合使用时，可以用来做乘除法。1630年，剑桥的William Oughtred发明了圆算尺，1632年，他组合两把甘特式计算尺，用手合起来成为可以视为现代的计算尺的设备。

欧洲中世纪“黑暗时代”（公元5世纪西罗马帝国的灭亡~14世纪初文艺复兴时代的来临）：
??为什么以往史学称欧洲这段时期为黑暗时代，是因为在这段时期基督教的意识形态取得了支配地位，僧侣的蒙昧主义和禁欲主义禁锢着人们的思想，压制了人性，从而使 会发展凝滞，文化陷入了极端落后的状况，迷信愚昧横行，于是这段时期被史学家们称之为“黑暗时代”。然而在之后19世纪以来的研究来看，“中世纪”并不全是黑暗，它对人类文明同样具有不可磨灭的贡献，比如商业手工业，宗教艺术等等。

欧洲文艺复兴（14世纪到17世纪（1300年~1699年）的西欧思想解放文化运动）：
??当时的人们认为，文艺在希腊、罗马古典时代（大约为公元前五到四世纪）曾高度繁荣，但在中世纪“黑暗时代”却衰败湮没，直到14世纪后才获得“再生”与“复兴”，因此称为“文艺复兴”。
??文艺复兴最先在意大利各城邦兴起，以后扩展到西欧各国，于16世纪达到顶峰，带来一段科学与艺术革命时期，揭开了近代欧洲历史的序幕。

机械式计算工具

被遗忘的契克卡德

莱布尼茨乘法器（发明了二进制、微积分、乘法器）

??1674年，德国数学家 莱布尼茨（Gottfried Leibniz）设计了一架既可以加减，也可以进行乘除的机械计算机，他造出的计算器可以进行四则运算。莱布尼茨是 现代机器数学的先驱，他在帕斯卡加、减法机械计算机的基础上进行改进，它能够连续重复地做加减法，使这种重复加减转变为乘除运算，从而使这种机械计算机能够进行乘法、除法、自乘的演算，这也是现代计算机做乘除法采用的办法。
??他还发明了 二进制 和 微积分（和牛顿互相独立发明了微积分），虽然莱布尼茨的乘法器仍然采用十进制，但他率先为计算机的设计提出了二进制的运算法则，为现代计算机的发展奠定了坚实的基础。
??莱布尼茨是最早接触中华文化的欧洲人之一，曾经从丝绸之路上的一些前往中国传教的教士那里接触到中国文化。据说他接触过中国的《周易》八卦，其中的阴阳可以用他的二进制来表示，但是现在无法确切考证莱布尼兹发明二进制受到过中国的《周易》八卦的影响，在这点上还存在着争议。

丝绸之路：
??简称丝路，一般指陆上丝绸之路，广义上讲又分为陆上丝绸之路和海上丝绸之路。
??“陆上丝绸之路“起源于西汉（前202年—8年）汉武帝派张骞出使西域开辟的以首都长安（今西安）为起点，经甘肃、新疆，到中亚、西亚，并连接地中海各国的陆上通道。东汉时期丝绸之路的起点在洛阳 。它的最初作用是运输中国古代出产的丝绸，在明朝时期成为综合贸易之路。
??“海上丝绸之路”是古代中国与外国交通贸易和文化交往的海上通道，该路主要以南海为中心，所以又称南海丝绸之路。海上丝绸之路形成于秦汉时期，发展于三国至隋朝时期，繁荣于唐、宋、元、明时期，是已知的最为古老的海上航线。

提花机（源自我国的一种纺织工具，随丝绸之路传入西方，对近代计算机的发展产生了重要的影响）

穿孔纸带（早期计算机的存储介质）

参考 址：https://history-computer.com/basile-bouchon-biography-history-and-inventions/

飞梭（大大提高了织布效率）

广范成功的贾卡提花机

参考 址：https://history-computer.com/joseph-marie-jacquard-complete-biography/

巴贝奇差分机（可以计算数学表）

数学表：
??在数学中，函数值、对数值、变量、常量、统计值及天文数值等统计数据（就是提前算好的，就像小学时候用的乘法口诀表一样）按行列排成的数字表格叫数学表。

??由于当时18世纪末人工计算出来的数学用表仍有大量的错误，查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）在1812~1813年初次想到用机械来计算数学表。
??所谓”差分”的含义，是把函数表的复杂算式转化为差分运算，用简单的加法代替平方运算。1812年，20岁的巴贝奇从法国人Joseph Marie Jacquard（贾卡）发明的提花编织机上获得了灵感，差分机设计闪烁出了程序控制的灵光──它能够按照设计者的旨意，自动处理不同函数的计算过程。
??巴贝奇差分机于1822年研制成功，是巴贝奇研制出的第一台“会制表的机器”。它有3个寄存器，每个寄存器有6个部分，每个部分有一个字轮。它可以编制平方表和一些其他的表格，还能计算多项式的加法，运算的精确度达6位小数。

遗憾的分析机（电子通用计算机的先驱——巴贝奇分析机的设计构思具有现代电子计算机的大部分特征，有它自己设计独特的“键盘”、“显示器”、“CPU”、“内存”等等现代计算机的关键部件，只是不用电源而已。）

机电式计算机

第二次工业革命（19世纪60年代后期开始（1860年后期~20世纪初）——中国正处于清朝末期 ）：
??第二次工业革命是指19世纪中期，欧洲国家和美国、日本的资产阶级革命或改革的完成，促进了经济的发展。19世纪60年代后期，开始第二次工业革命。
??1866年，德国人西门子制成了发电机；到70年年代，实际可用的发电机问世。电器开始用于代替机器，成为补充和取代以蒸汽机为动力的新能源。随后，电灯、电车、电影放映机相继问世。
??19世纪七八十年代，以煤气和汽油为燃料的内燃机相继诞生，90年代柴油机创制成功。内燃机的发明解决了交通工具的发动机问题。
??1876年贝尔发明了电话，90年代意大利人马可尼试验无线电 取得了成功，都为迅速传递信息提供了方便。世界各国的经济、政治和文化联系进一步加强，从此第二次工业革命使人类进入了“电气时代”。

第一次世界大战（1914年7月28日~1918年11月11日）：
??这场战争是欧洲历史上破坏性最强的战争之一。大约有6500万人参战，1000多万人丧生，2000万人受伤。战争造成了严重的经济损失。第一次世界大战给人类带来了深重灾难，但在客观上促进了科学技术的发展。在第一次世界大战中，各种新式武器如飞机、毒气、坦克、远程大炮相继投入战争，是武器发展史的重要阶段。

??1822年，法国的盖吕萨克和阿拉戈利用电流的磁效应，把通电导线绕在软铁上，使一块普通的软铁变成了磁铁。几年后，美国的约瑟夫·亨利在此基础上发明了磁性强大的电磁铁以及继电器， 是在机电式计算机上第一个派上用场的电器部件。

穿孔制表机（美国统计专家霍列瑞斯博士（H.Hollerith，德国侨民）设计发明了用于统计人口的机器）

第二次世界大战（1939年9月1日至1945年9月2日）：
??亦称世界反法西斯战争，以德意志第三帝国、意大利王国、日本帝国三个法西斯轴心国及仆从国与反法西斯同盟和全世界反法西斯力量进行的第二次全球规模的战争。战争范围从欧洲到亚洲，从大西洋到太平洋，先后有60个国家和地区、20亿以上的人口被卷入战争。
??第二次世界大战深刻地改变了人类历史。其影响广泛地涉及政治、经济、军事、外交、文化和科技各个层面。二战在客观上推动了科学技术的发展，带动了航空技术、原子能、重炮等领域的发展与进步。

??二次世界大战的爆发，军事上的需求大大促进了计算机技术的发展。Z1是Konrad Zuse设计的一系列计算机中的第一个。Z2、Z3、Z4是基于许多与Z1相同的想法的后续产品。
??由于Z－1计算机是一种电气驱动的机械计算机，性能不理想，第二年，朱斯的朋友给了他一些电话公司废弃的继电器，朱斯用它们组装了第二台电磁式计算机Z－2，这台机器已经可以正常工作。
??这时，他的工作引起德国飞机实验研究所的关注，使他得到了一笔资助。1941年，第三台电磁式计算机Z－3完成，使用了2600个继电器，用穿孔纸带输入，实现了二进制数程序控制。Z－3能达到每秒3～4次加法的运算速度，或者在3～5秒内完成一次乘法运算。1942年，在紧张研究的间隙里，他写作了世界上第一个下国际象棋的计算机程序。
??Z－3计算机正常工作了3年。1944年，美国空军对柏林实施空袭，楚泽的住宅连同Z－3计算机一起被炸得支离破碎。在德国法西斯即将毁灭前夕，楚泽于1945年又建造了一台比Z－3更先进的电磁式Z－4计算机，存储器单元也从64位扩展到1024位，继电器几乎占满了一个房间。为了使机器的效率更高，楚泽甚至设计了一种编程语言Plankalkuel ，这一成果使楚泽也跻身于计算机语言先驱者行列。

Mark系列计算机

电子管计算机

电子管

克劳德·艾尔伍德·香农（信息论创始人、引入信息熵）

ENIAC（世界上第一台现代通用电子数字计算机，诞生于1946年2月14日的美国宾夕法尼亚大学）

ENIAC 和 EDVAC 的建造者均为宾夕法尼亚大学的电气工程师约翰·莫奇利和普雷斯波·艾克特。1944年8月，EDVAC的建造计划就被提出；在ENIAC充分运行之前，其设计工作就已经开始。和ENIAC一样，EDVAC也是为美国陆军阿伯丁试验场的弹道研究实验室研制。

??1945年，冯·诺依曼和他的研制小组在共同讨论的基础上，发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机”——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）方案，在此过程中他对计算机的许多关键性问题的解决作出了重要贡献，从而保证了计算机的顺利问世。
??EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系。并提出“采用二进制”和“程序内存”这两个重要的基本思想。迄今为止，大部分计算机仍基本上遵循冯·诺依曼结构。

晶体管计算机

第三次工业革命（20世纪四五十年代开始（1940年开始~21世纪初））：
??第三次科技革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。
??从20世纪四五十年代，开始的新科学技术革命，以原子能技术、航天技术、电子计算机技术的应用为代表，还包括人工合成材料、分子生物学和遗传工程等高新技术。这次科技革命被称为“第三次科技革命”。

晶体管

集成电路计算机

集成电路

大规模和超大规模集成电路计算机（1972年——至今）

??这个时期的计算机最为显著的特征是使用了大规模集成电路和超大规模集成电路。所谓微处理器是将CPU（Central Processing Unit 中央处理器）集成在一块芯片上。
??大规模集成电路（LSI） 可以在一个芯片上容纳几百个元件。到了 80 年代，超大规模集成电路 （VLSI） 在芯片上容纳了几十万个元件，后来的甚大规模集成电路（ULSI） 上将数量扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。
??70 年代中期，计算机制造商开始将计算机带给普通消费者，这时的小型机带有友好界面的软件包，供非专业人员使用的程序和最受欢迎的字处理和电子表格程序。
??1981 年， IBM 推出个人计算机（PC） 用于家庭、办公室和学校。 80 年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌，微机的拥有量不断增加，计算机继续缩小体积。与 IBM PC 竞争的 Apple Macintosh 系列于 1984 年推出， Macintosh 提供了友好的图形界面，用户可以用鼠标方便地操作。
??20世纪90年代，电脑向“智能”方向发展，制造出与人脑相似的电脑，可以进行思维、学习、记忆、 络通信等工作。 进入21世纪，电脑更是笔记本化、微型化和专业化，每秒运算速度超过100万次，不但操作简易、价格便宜，而且可以代替人们的部分脑力劳动，甚至在某些方面扩展了人的智能。于是，今天的微型电子计算机就被形象地称做电脑了。

摩尔定律：
??摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。
??摩尔定律是内行人摩尔的经验之谈，汉译名为“定律”，但并非自然科学定律，它一定程度揭示了信息技术进步的速度。

第四次工业革命（21世纪初开始（2013年最先由德国正式提出））：
??所谓工业4.0（Industry 4.0），是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照共识，工业1.0是蒸汽机时代， 工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代， 也就是智能化时代。