计算机发展历史

计算机发展历史

• 第一节：简述计算机
• • 1.1 为什么要学计算机基础
  • 1.2 计算机发展历史
  • • 1.2.1 早期的计算工具
    • 1.2.2 1801年：卡片时期
    • • 1.2.3 1835到1900年代：程式化计算机
    • 1.2.4 1930到1960年代：桌上型计算器
    • 1.2.5 首代冯·诺伊曼结构及其机种
    • 1.2.6 现代计算机发展时间表
  • 1.3 附录参考资料

第一节：简述计算机

1.1 为什么要学计算机基础

python是编程语言，即python是语言。语言有英语、法语、葡萄牙语等，但凡是语言，都是用来沟通的介质。

程序员编程的本质就是让计算机去工作，而编程语言就是程序员与计算机沟通的介质，程序员要想让计算机工作，必须知道计算机能干什么，怎么干的，这也就是我们必须学习计算机基础的原因。

然而光有编程语言和硬件也并不能满足大家的编程需求，为什么这么说呢/p>

程序用编程语言写程序，最终开发出的结果就是一个软件，既然是软件，那就与腾讯qq、暴风影音、快播等软件没有区别了。这些软件必须运行在操作系统之上，你肯定会问：为何要有操作系统呢错，远古时代的程序员确实是在没有操作系统的环境下，用编程语言之间操作硬件来编程的，你可能觉得这没有问题，但其实问题是相当严重的，因为此时你必须掌握如何操作硬件的所有具体细节，比如如何具体操作硬盘（现在你得把硬盘拆开，然后你能看见的所有的东西，你都得研究明白，因为你编程时要用到它），这就严重影响了开发的效率，操作系统的出现就是运行于硬件之上，来控制硬件的，我们开发时，只需要调用操作系统为我们提供的简单而优雅的接口就可以了。

所以一套完整的计算机系统分为：计算机硬件，操作系统，应用软件，如下图。因而我们的python开发复习课分为计算机硬件基础，操作系统基础，和python编程三部分，就让我们先从计算机硬件学起吧！

15世纪，随着天文和航海的发展，计算工作越来越繁重，计算工具急需改进。1630年，英国数学家奥特雷德在使用当时流行的对数刻度尺做乘法运算时，突然想到，如果用两根相互滑动的对数刻度尺，不久省去了用两脚规度量长度了么。他的这个想法导致了机械化计算吃的诞生，但奥特雷德对这件事情并没有在意，此后200年里，他的发明也就没有被实际应用。

直到18世纪末，发明蒸汽机的瓦特成功制作了第一把计算尺，在尺座上增加了一个滑标，用来“存储”计算的中间结果，这种滑标很长时间一直被后人所沿用。

1850年以后，计算尺迅速发展，成为工程师随身携带的”计算器“，一直到20世纪五六时年代，计算尺仍然是工科大学生的一种身份标志。

1662年帕斯卡去世，不久后，在德国的大数学家莱布尼茨看到了帕斯卡关于加法计算机的论文，勾引起了他的发明欲。莱布尼茨早年经历坎坷，后来获得了一次去法国的机会，在巴黎的时候，他聘请了一些著名的机械专家和能工巧匠，终于在1674年制造出了一台更完美的机械计算机。

莱布尼茨发明的新型计算机约有1米长，内部安装了一系列齿轮机构，除了体积较大之外，基本原理继承于帕斯卡。不过，莱布尼茨技高一筹，他为计算机增添了一种名叫“步进轮”的装置。步进轮是一个有9个齿的长圆柱体，9个齿依次分布于圆柱表面；旁边另有个小齿轮可以沿着轴向移动，以便逐次与步进轮啮合。每当小齿轮转动一圈，步进轮可根据它与小齿轮啮合的齿数，分别转动1/10、2/10圈……，直到9/10圈，这样一来，它就能够连续重复地做加法。

连续重复的计算加减法

连续重复的计算加法是现代计算机做乘除法采用的办法，莱布尼茨的计算机加减乘除四则运算一应俱全。

在介绍莱布尼茨的时候还有一个小插曲。

传说大约在1700年左右的某天，莱布尼茨的朋友送给他一副中国的”易图“，其实就是八卦图，在看八卦图的时候，发现八卦的每一种卦象都有阴阳两种符号组成，这不就是有规律的二进制数字么，于是他就由此，率先系统提出了二进制的运算法则，直到今天，我们用到的计算机还是使用的二进制。

提花编织机是具有升降纱线的提花装置，是一种能使绸布编织出图案花纹的织布机器。

最开始编织机编织图案相当费事。所有的绸布都是用经线（纵向线）和纬线（横向线）编织而成。若要织出花样，织工们必须细心地按照预先设计的图案，在适当位置“提”起一部分经线，以便让滑梭牵引着不同颜色的纬线通过。机器当然不可能自己“想”到该在何处提线，只能靠人手“提”起一根又一根经线，不厌其烦地重复这种操作。

何乐礼在1880年代利用打孔卡发明制表机

美国宪法规定每十年必须进行一次人口普查，1880年排山倒海的普查资料就花费了8年时间处理分析，因此美国统计学家赫尔曼·何乐礼在1890年开发出一种排序机，利用打孔卡储存资料，再由机器感测卡片，协助美国人口调查局对统计资料进行自动化制表，结果不出3年就完成户口普查工作。

何乐礼在1896年成立制表机器公司，几经并购，后来成为国际商业机器有限公司（IBM）的一部分。到了1950年，IBM的卡片已在业界与政府机构广泛使用，为了让卡片可作为证明文件重复使用，卡片上都印有“请勿折叠、卷曲或毁损”的警告字样，这行警语后来还成为后二次大战时期的流行标语。

18世纪末，法兰西发起了一项宏大的工程——人工编制《数学用表》，由于当时没有先进的计算工具，导致这项工作极其艰巨。发足数学界调集和大批的数学家，组成人工计算的流水线，算的昏天暗地才完成了17卷大部分的书稿，即便如此，计算出的《数学用表》仍有大量错误。

据说某一天，巴贝奇和著名的天文学家赫舍尔，对两大部头的天文数学用表品头论足，翻一页就是一个错误，翻两页有好几个错误。面对错误百出的《数学用表》，巴贝奇目瞪口呆。

巴贝奇在他的自传《一个哲学家的生命历程》里写到，大约在1812年的，“有一天晚上，我坐在剑桥大学的分析学会办公室里，神志恍惚地低头看着面前打开的一张对数 表。一位会员走进屋来，瞧见我的样子，忙喊道：‘喂！你梦见什么啦我指着对数表回答说：‘我正在考虑这些表 也许能用机器来计算！’”

巴贝奇的第一个目标是制作一台”差分机“，

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。那一年，刚满20岁的巴贝奇从法国人杰卡德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。巴贝奇耗费了整整十年光阴，于1822年完成了第一台差分机，它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数，当即就演算出好几种函数表。由于当时工业技术水平极低，第一台差分机从设计绘图到机械零件加工，都是巴贝奇亲自动手完成。当他看着自己的机器制作出准确无误的《数学用表》，高兴地对人讲：“哪怕我的机器出了故障，比如齿轮被卡住不能动，那也毫无关系。你看，每个轮子上都有数字标记，它不会欺骗任何人。”以后实际运用证明，这种机器非常适合于编制航海和天文方面的数学用表。

成功后，巴贝奇连夜上书皇家学会，要求政府资助他建造第二台运算精度为20位的大型差分机。政府看到巴贝奇的研究有利可图，破天荒地与科学家签订了第一个合同。

然而，第二台差分机在机械制造工厂里触上了“暗礁”。第二台差分机大约有25000个零件，主要零件的误差不得超过每英寸千分之一，即使用现在的加工设备和技术，要想造出这种高精度的机械也绝非易事。

由于进度缓慢 到1842年的时候，政府宣布停止对巴贝奇的一切资助，连科学界的有人都用一种怪异的目光看他。

然而在这个时候，巴贝奇收到了一封信，写信人不仅对他表示理解而且还希望与他共同工作。娟秀字体的签名表明了她不凡的身份——伯爵夫人。

收到信函不久后，写信的女士来到了巴贝奇的实验室，巴贝奇感觉与这位女士似曾相识，却有想不起在哪里见过。直到这位女士说”您还记得我吗多年前，您还给我讲过差分机原理。”看到巴贝奇迷惑的眼神，她又笑着补充说：“您说我像野人见到了望远镜。”巴贝奇恍然大悟，想起已经十分遥远的往事。 原来这位女士是大名鼎鼎的英国诗人拜伦之独生女——阿达·奥古斯塔。

在大型差分机进军受挫的1834年，巴贝奇提出了一个更新更大胆的设计——通用的数学计算机。巴贝奇称它为“分析机”，它能够自动解算100个变量的复杂算题，每个数字可以达25位，速度每秒1次。

巴贝奇首先为分析机构思了一种齿轮式的“存贮库”，每一齿轮可贮存10个数，总共能够储存1000个50位数。分析机的第二个部件是所谓“运算室”，其基本原理与帕斯卡的转轮相似，但他改进了进位装置，使得50位数加50位数的运算可完成于一次转轮之中。此外，巴贝奇也构思了送入和取出数据的机构、以及在“存储库”和“运算室”之间运输数据的部件。他甚至还考虑到如何使这台机器处理依条件转移的动作。一个多世纪过去后，现代电脑的结构几乎就是巴贝奇分析机的翻版，只不过它的主要部件被换成了大规模集成电路而已。仅此一说，巴贝奇就当之无愧于计算机系统设计的“开山鼻祖”。

阿达非常准确地评价道：“分析机’编织’的代数模式同杰卡德织布机编织的花叶完全一样”。于是，为分析机编制一批函数计算程序的重担，落她的肩头。阿达开天辟地第一回为计算机编出了程序，其中包括计算三角函数的程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等。阿达编制的这些程序，即使到了今天，电脑软件界的后辈仍然不敢轻易改动一条指令。人们公认她是世界上第一位软件工程师。众所周知，美国国防部据说是花了250亿美元和10年的光阴，把它所需要软件的全部功能混合在一种计算机语言中，希望它能成为军方数千种电脑的标准。1981年，这种语言被正式命名为ADA语言，使阿达的英名流传至今。这些都是后话。

在当时，两人为把分析机的图纸变成现实，耗尽了全部财产，搞得一贫如洗，在此期间，两人为筹措研究经费，两人还商量“下海创收”，比如制作国际象棋玩具、赛马游戏机等等。但这并没有带来什么改变，为此，阿达还两次把丈夫家中的祖传珍宝拿去当铺换钱，不过后来又被阿达的母亲赎了回来。

在经历了贫困交加和无休止的脑力劳动，阿达的身体状况急剧恶化，1852年，年仅36岁的阿达怀着对分析机美好的梦想去世了。

阿达去世后，巴贝奇又默默的独自坚持了20年，晚年的他已经不能准确发音 和有条理的表达自己的意思，但仍坚持工作。

1871年巴贝奇去世。

最终分析机没有被制造出来。巴贝奇和阿达设想的分析机超出了他们所处时代至少一个世纪。

美国军方得知这一设想后，拨款成立了一个以莫希利、埃克特（John Eckert）为首的研制小组。终于在1946年2月14日，世界上第二台电子计算机，世界上第一台通用计算机 （多个行业都可以使用）埃历阿克”（ENIAC，译成中文是“电子数字积分和计算机”）诞生于美国宾夕法尼亚大学。

ENIAC长30.48米，宽6米，高2.4米，占地面积约170平方米，30个操作台，重达30英吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它包含了17,468根真空管（电子管）7,200根晶体二极管，1,500 个中转，70,000个电阻器，10,000个电容器，1500个继电器，6000多个开关。
每秒能进行5000次加法运算（据测算，人最快的运算速度每秒仅 5次加法运算），每秒400次乘法运算，是使用继电器运转的机电式计算机的1000倍、手工计算的20万倍。。它还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。
以我们的眼光来看，这当然很微不足道。但这在当时可是很了不起的成就！原来需要20多分钟时间才能计算出来的一条弹道，现在只要短短的30秒！
第一台电子计算机：

英国曼彻斯特科学工业博物馆的“宝贝”
第一部成功运作的冯·诺伊曼结构电脑是1948年曼彻斯特大学的小规模实验机，又称“宝贝”。随后在1949年，曼彻斯特马克一号电脑登场，功能完整，以威廉管和磁鼓作为内存媒介，并且引进变址寄存器的功能。

竞逐“第一部数字储存程式电脑”名号的还有在剑桥大学设计建造的延迟存储电子自动计算器（简称EDSAC），EDSAC比曼彻斯特的“宝贝”年轻一个年头，但是解决问题的能力不遑多让，然而实际上，启发EDSAC的就是埃尼阿克的继任者──离散变数自动电子计算机（简称EDVAC）。不像平行处理的埃尼阿克，EDVAC只使用单一的处理单元，此一设计简单好用，走在后来微型化趋势的前端，还增加了可靠的程度。近代电脑结构多取经自曼彻斯特马克一号、EDSAC和EDVAC，有些人也将其视为电脑界的“夏娃”。

欧洲大陆第一部通用型可编程化电脑是小型电子计算机（简称МЭСМ），由苏联基辅电机学会的瑟吉·亚历塞维奇·列别捷夫带领一组科学家团队所建造，МЭСМ在1950年开始运作，使用6000根真空管，25千瓦的电力，每秒可作3000次运算。其它早期电脑还有澳洲设计的科学与工业研究议会自动计算机（简称CSIRAC），在1949年作首次程式测试。

1947年，一家以饮料起家的英国餐饮公司约瑟·里昂公司，对新式的办公室管理技术产生莫大的兴趣，决定积极参与电脑的商业开发。到了1951年，里昂一号电脑起跑，执行了世上第一个办公室电脑的例行指令。

图片来自Reistlin.Com

1.3 附录参考资料

1.3.1 百度百科：计算机
1.3.2 互动百科：计算机
1.3.3 The Crash Course
1.3.4 林海峰：计算机硬件发展史
1.3.5 R_e ：电脑简史
1.3.6 jerson226 ：电脑史话

来源：weigh_