引言

任何事物的創(chuàng)造發(fā)明都來源于需求和欲望

而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展則推動(dòng)實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)

正是因?yàn)槿祟悓?duì)于計(jì)算能力孜孜不倦的追求,才創(chuàng)造了如今規(guī)模的計(jì)算機(jī).

計(jì)算機(jī),字如其名,用于計(jì)算的機(jī)器.這就是最初計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)力.

在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人類始終有計(jì)算的需求

進(jìn)行運(yùn)算時(shí)所運(yùn)用的工具，也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低級(jí)向高級(jí)的發(fā)展變化。

本文盡可能的僅僅描述邏輯本質(zhì),不去追究實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

計(jì)算(機(jī)|器)的發(fā)展與數(shù)學(xué)/電磁學(xué)/電路理論等自然科學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)

計(jì)算(機(jī)|器)的發(fā)展有四個(gè)階段

手動(dòng)階段

機(jī)械階段

機(jī)電階段

電子階段

手動(dòng)階段

顧名思義,就是用手指進(jìn)行計(jì)算,或者操作一些簡(jiǎn)易工具進(jìn)行計(jì)算

最開始的時(shí)候人們主要是借助簡(jiǎn)單的工具比如手指/石頭/打繩結(jié)/納皮爾棒/計(jì)算尺等,

我想大家都用手指數(shù)過數(shù);

有人用一堆石子表示一些數(shù)目;

也有人曾經(jīng)用打繩結(jié)來計(jì)數(shù);

再后來有了一些數(shù)學(xué)理論的發(fā)展,納皮爾棒/計(jì)算尺則是借助了一定的數(shù)學(xué)理論,可以理解為是一種查表計(jì)算法.

你會(huì)發(fā)現(xiàn),這里還不能說是計(jì)算(機(jī)|器),只是計(jì)算而已,更多的靠的是心算以及邏輯思維的運(yùn)算,工具只是一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的輔助.

機(jī)械階段

我想不用做什么解釋,你看到機(jī)械兩個(gè)字,肯定就有了一定的理解了,沒錯(cuò),就是你理解的這種普通的意思,

一個(gè)齒輪,一個(gè)杠桿,一個(gè)凹槽,一個(gè)轉(zhuǎn)盤這都是一個(gè)機(jī)械部件.

人們當(dāng)然不滿足于簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的計(jì)算,自然想制造計(jì)算能力更大的機(jī)器

機(jī)械階段的主題思想其實(shí)也很簡(jiǎn)單,就是通過機(jī)械的裝置部件比如齒輪旋轉(zhuǎn),動(dòng)力傳送等來表示數(shù)據(jù)記錄,進(jìn)行運(yùn)算,也即是機(jī)械式計(jì)算機(jī),這樣說有些抽象.

我們舉例說明:

契克卡德是現(xiàn)今公認(rèn)的機(jī)械式計(jì)算第一人,他發(fā)明了契克卡德計(jì)算鐘

我們不去糾結(jié)這個(gè)東西到底是如何實(shí)現(xiàn)的,只描述事情邏輯本質(zhì)

其中他有一個(gè)進(jìn)位裝置是這樣子的

可以看到采用十進(jìn)制,轉(zhuǎn)一圈之后,軸上面的一個(gè)突出齒,就會(huì)把更高一位(比如十位)進(jìn)行加一

這就是機(jī)械階段的精髓,不管他有多復(fù)雜,他都是通過機(jī)械裝置進(jìn)行傳動(dòng)運(yùn)算的

還有帕斯卡的加法器

他是使用長(zhǎng)齒輪進(jìn)行進(jìn)位

再有后來的萊布尼茨軸,設(shè)計(jì)的更為精巧

我覺得對(duì)于機(jī)械階段來說,如果要用一個(gè)詞語來形容,應(yīng)該是精巧,就好似鐘表里面的齒輪似的

不管形態(tài)究竟如何,終究也還是一樣,他也只是一個(gè)精巧了再精巧的儀器,一個(gè)精密設(shè)計(jì)的機(jī)關(guān)裝置

首先要把運(yùn)算進(jìn)行分解,然后就是機(jī)械性的依靠齒輪等部件傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)來完成進(jìn)位等運(yùn)算.

說計(jì)算機(jī)的發(fā)展,就不得不提一個(gè)人,那就是巴貝奇

他發(fā)明了史上著名的差分機(jī),之所以叫差分機(jī)這個(gè)名字，是因?yàn)樗?jì)算所使用的是帕斯卡在1654年提出的差分思想

我們?nèi)耘f不去糾結(jié)他的原理細(xì)節(jié)

此時(shí)的差分機(jī),你可以清晰地看得到,仍舊是一個(gè)齒輪又一個(gè)齒輪,一個(gè)軸又一個(gè)軸的更加精巧的儀器

很顯然他仍舊又僅僅是一個(gè)計(jì)算的機(jī)器,只能做差分運(yùn)算

再后來1834年巴貝奇提出來了分析機(jī)的概念     一種通用計(jì)算機(jī)的概念模型

正式成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)史上的第一位偉大先驅(qū)。

之所以這樣說,是因?yàn)樗谀莻€(gè)年代,已經(jīng)把計(jì)算機(jī)器的概念上升到了通用計(jì)算機(jī)的概念,這比現(xiàn)代計(jì)算的理論思想提前了一個(gè)世紀(jì)

它不局限于特定功能，而且是可編程的，可以用來計(jì)算任意函數(shù)——不過這個(gè)想法是構(gòu)思在一坨齒輪之上的.

巴貝奇設(shè)計(jì)的分析機(jī)主要包括三大部分

1、用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)裝置，巴貝奇稱之為“倉(cāng)庫(kù)”（store），相當(dāng)于現(xiàn)在CPU中的存儲(chǔ)器

2、專門負(fù)責(zé)四則運(yùn)算的裝置，巴貝奇稱之為“工廠”（mill），相當(dāng)于現(xiàn)在CPU中的運(yùn)算器

3、控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果的裝置

而且,巴貝奇并沒有忽略輸入輸出設(shè)備的概念

此時(shí)你回想一下馮諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)的幾大部件,而這些思想是在十九世紀(jì)提出來的,是不是不寒而栗!!!

巴貝奇另一大了不起的創(chuàng)舉就是將穿孔卡片（punched card）引入了計(jì)算機(jī)器領(lǐng)域，用于控制數(shù)據(jù)輸入和計(jì)算

你還記得所謂的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)'ENIAC'使用的是什么嗎?就是紙帶!!

ps:其實(shí)ENIAC真的不是第一臺(tái)~

所以說你應(yīng)該可以理解為什么他被稱為'通用計(jì)算機(jī)之父'了.

他提出的分析機(jī)的架構(gòu)設(shè)想與現(xiàn)代馮諾依曼計(jì)算機(jī)的五大要素,存儲(chǔ)器 運(yùn)算器 控制器  輸入 輸出是吻合的

也是他將穿孔卡片應(yīng)用到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域

ps:穿孔卡片本身并不是巴貝奇的發(fā)明，而是來自于改進(jìn)后的提花機(jī),最早的提花機(jī)來自于中國(guó),也就是一種紡織機(jī)

只是可惜,分析機(jī)并沒有真正的被構(gòu)建出來,但是他的思維理念是超前的,也是正確的

巴貝奇的思想超前了整整一個(gè)世紀(jì)，不得不提的就是女程序員艾達(dá),有興趣的可以google一下,Augusta Ada King

機(jī)電階段與電子階段使用到的硬件技術(shù)原理,有不少是相同的

主要差別就在于計(jì)算機(jī)理論的成熟發(fā)展以及電子管晶體管的應(yīng)用

為了接下來更好的說明,我們自然不可避免的要說一下當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的自然科學(xué)了

自然科學(xué)的發(fā)展與近現(xiàn)代計(jì)算的發(fā)展是一路相伴而來的

文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)使人們從傳統(tǒng)的封建神學(xué)的束縛中慢慢解放,文藝復(fù)興促進(jìn)了近代自然科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展

你要是實(shí)在沒事情做,可以探究一下'歐洲文藝復(fù)興革命對(duì)近代自然科學(xué)發(fā)展史有何重要影響'這一議題

電磁學(xué)

據(jù)傳是1752年,富蘭克林做了實(shí)驗(yàn),在近代發(fā)現(xiàn)了電

隨后,圍繞著電,出現(xiàn)了很多曠世的發(fā)現(xiàn).比如電磁學(xué),電能生磁,磁能生電

這就是電磁鐵的基本原型

根據(jù)電能生磁的原理,發(fā)明了繼電器,繼電器可以用于電路轉(zhuǎn)換,以及控制電路

電報(bào)就是在這個(gè)技術(shù)背景下被發(fā)明了,下圖是基本原理

但是,如果線路太長(zhǎng),電阻就會(huì)很大,怎么辦?

可以用人進(jìn)行接收轉(zhuǎn)發(fā)到下一站,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)這是一個(gè)很好的詞匯

所以繼電器又被作為轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用其中

二進(jìn)制

而且,一個(gè)很重要的事情是,德國(guó)人萊布尼茨大約在1672-1676發(fā)明了二進(jìn)制

用0和1兩個(gè)數(shù)碼來表示的數(shù)

邏輯學(xué)

更準(zhǔn)確的說是數(shù)理邏輯,喬治布爾開創(chuàng)了用數(shù)學(xué)方法研究邏輯或形式邏輯的學(xué)科

既是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，也是邏輯學(xué)的一個(gè)分支

簡(jiǎn)單地說就是與或非的邏輯運(yùn)算

邏輯電路

香農(nóng)在1936年發(fā)表了一篇論文<繼電器和開關(guān)電路的符號(hào)化分析>

我們知道在布爾代數(shù)里面

X表示一個(gè)命題,X=0表示命題為假;X=1表示命題為真;

如果用X代表一個(gè)繼電器和普通開關(guān)組成的電路

那么,X=0就表示開關(guān)閉合  X=1就表示開關(guān)打開

不過他當(dāng)時(shí)0表示閉合的理念跟現(xiàn)代正好相反,難道覺得0是看起來就是閉合的嗎

解釋起來有些別扭,我們用現(xiàn)代的看法解釋下他的觀點(diǎn)

也就是:

(a)  開關(guān)的閉合與打開對(duì)應(yīng)命題的真假,0表示電路的斷開,命題的假  1表示電路的連通,命題的真

(b)X與Y的交集,交集相當(dāng)于電路的串聯(lián),只有兩個(gè)都聯(lián)通,電路才是聯(lián)通的,兩個(gè)都為真,命題才為真

(c)X與Y的并集,并集相當(dāng)于電路的并聯(lián),有一個(gè)聯(lián)通,電路就是聯(lián)通的,兩個(gè)有一個(gè)為真,命題即為真

這樣邏輯代數(shù)上的邏輯真假就與電路的連通斷開,完美的完全映射

而且,所有的布爾代數(shù)基本規(guī)則,都非常完美的適合開關(guān)電路

基本單元-門電路

有了數(shù)理邏輯和邏輯電路的基礎(chǔ)理論,不難得出電路中的幾個(gè)基礎(chǔ)單元

Vcc表示電源    比較粗的短橫線表示的是接地

與門

串聯(lián)電路,AB兩個(gè)電路都聯(lián)通時(shí),右側(cè)開關(guān)才會(huì)同時(shí)閉合,電路才會(huì)聯(lián)通

符號(hào)

另外還有多輸入的與門

或門

并聯(lián)電路,A或者B電路只要有任何一個(gè)聯(lián)通,那么右側(cè)開關(guān)就會(huì)有一個(gè)閉合,右側(cè)電路就會(huì)聯(lián)通

符號(hào)

非門

右側(cè)開關(guān)常閉,當(dāng)A電路聯(lián)通的時(shí)候,則右側(cè)電路斷開,A電路斷開時(shí),右側(cè)電路聯(lián)通

符號(hào):

所以你只需要記住:

與是串聯(lián)/或是并聯(lián)/取反用非門

 機(jī)電階段

接下來我們說一個(gè)機(jī)電式計(jì)算機(jī)器的優(yōu)秀典范

機(jī)電式的制表機(jī)

霍爾瑞斯的制表機(jī),主要是為了解決美國(guó)人口普查的問題.

人口普查,你可以想象得到自然是用于統(tǒng)計(jì)信息,性別年齡姓名等

如果純粹的人工手動(dòng)統(tǒng)計(jì),可想而知,這是多么復(fù)雜的一個(gè)工程量

制表機(jī)首次將穿孔技術(shù)應(yīng)用到了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上,你可以想象到,使用打孔和不打孔來識(shí)別數(shù)據(jù)

不過當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)還不是很成熟,比如如果現(xiàn)代,我們肯定是一個(gè)位置表示性別,可能打孔是女,不打孔是男

當(dāng)時(shí)是卡片上用了兩個(gè)位置，表示男性就在標(biāo)M的地方打孔，女性就在標(biāo)F的地方打孔,不過在當(dāng)時(shí)也是很先進(jìn)了

然后,專門的打孔員使用穿孔機(jī)將居民信息戳到卡片上

緊接著自然是要統(tǒng)計(jì)信息

利用電流的通斷來識(shí)別數(shù)據(jù)

對(duì)應(yīng)著這個(gè)卡片上的每個(gè)數(shù)據(jù)孔位,上面有著金屬針,下面有著容器,容器裝著水銀

按下壓板時(shí)，卡片有孔的地方，針可以通過，與水銀接觸，電路接通，沒孔的地方，針就被擋住。

如何將電路通斷對(duì)應(yīng)到所需要的統(tǒng)計(jì)信息？

這就用到了數(shù)理邏輯與邏輯電路了

最上面的引腳是輸入,通過打孔卡片的輸入

下面的繼電器是輸出,根據(jù)結(jié)果  通電的M將產(chǎn)生磁場(chǎng)， 牽引特定的杠桿，撥動(dòng)齒輪完成計(jì)數(shù)。

看到?jīng)],此時(shí)已經(jīng)可以根據(jù)打孔卡片作為輸入,繼電器組成的邏輯電路作為運(yùn)算器,齒輪進(jìn)行計(jì)數(shù)的輸出了

制表機(jī)中的涉及到的主要部件包括:  輸入/輸出/運(yùn)算

1896年，霍爾瑞斯創(chuàng)立了制表機(jī)公司,他是IBM的前身.....

有一點(diǎn)要說明

并不能籠統(tǒng)的說誰發(fā)明了什么技術(shù),下一個(gè)使用這種技術(shù)的人,就是借鑒使用了發(fā)明者或者說發(fā)現(xiàn)者的理論技術(shù)

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,很多時(shí)候,同樣的技術(shù)原理可能被好幾個(gè)人在同一時(shí)期發(fā)現(xiàn),這很正常

還有一位大神,不得不介紹,他就是康拉德·楚澤 Konrad Zuse 德國(guó)

http://zuse./

因?yàn)樗l(fā)明了世界上第一臺(tái)可編程計(jì)算機(jī)——Z1

圖為復(fù)制品,復(fù)制品其實(shí)機(jī)械工藝上比37年的要現(xiàn)代化一些

盡管zuse生于1910,Z1也是大約1938建造完成,但是他其實(shí)跟機(jī)械階段的計(jì)算器并沒有什么太大區(qū)別

要說和機(jī)電的關(guān)系,那就是它使用電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),而不是手搖,所以本質(zhì)還是機(jī)械式

不過他的牛逼之處在于在也設(shè)想出來了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)一些的理論雛形

將機(jī)器嚴(yán)格劃分為處理器和內(nèi)存兩大部分

采用了二進(jìn)制

引入浮點(diǎn)數(shù)，發(fā)明了浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制規(guī)格化表示

靠機(jī)械零件實(shí)現(xiàn)與、或、非等基礎(chǔ)的邏輯門

雖然作為機(jī)械設(shè)備，但是卻是一臺(tái)時(shí)鐘控制的機(jī)器。其時(shí)鐘被細(xì)分為4個(gè)子周期

處理器是微代碼結(jié)構(gòu)的操作被分解成一系列微指令，一個(gè)機(jī)器周期一條微指令。

微指令在運(yùn)算器單元之間產(chǎn)生具體的數(shù)據(jù)流，運(yùn)算器不停地運(yùn)作，每個(gè)周期都將兩個(gè)輸入寄存器里的數(shù)加一遍。

可編程 從穿孔帶讀入8比特長(zhǎng)的指令 指令已經(jīng)有了操作碼 內(nèi)存地址的概念

這些全都是機(jī)械式的實(shí)現(xiàn)

而且這些具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的理念思維,很多也是跟現(xiàn)代計(jì)算機(jī)類似的

可想而知,zuse真的是個(gè)天才

后續(xù)還研究出來更多的Z系列

雖然這些天才式的人物并沒有一起坐下來一邊燒烤一邊討論,但是卻總是'英雄所見略同'

幾乎在相同時(shí)期，美國(guó)科學(xué)家斯蒂比茲(George Stibitz)與德國(guó)工程師楚澤獨(dú)立研制出二進(jìn)制數(shù)字計(jì)算機(jī),就是Model k

Model I不但是第一臺(tái)多終端的計(jì)算機(jī)，還是第一臺(tái)可以遠(yuǎn)程操控的計(jì)算機(jī)。

貝爾實(shí)驗(yàn)室利用自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，于1940年9月9日，在達(dá)特茅斯學(xué)院（Dartmouth College）和紐約的本部之間搭起線路.

貝爾實(shí)驗(yàn)室后續(xù)又推出了更多的Model系列機(jī)型

再后來又有Harvard Mark系列,哈佛與IBM的合作

哈佛這邊是艾肯IBM是其他三位

Mark I也通過穿孔帶獲得指令,和Z1是不是相同?

穿孔帶每行有24個(gè)空位

前8位標(biāo)識(shí)用于存放結(jié)果的寄存器地址，中間8位標(biāo)識(shí)操作數(shù)的寄存器地址，后8位標(biāo)識(shí)所要進(jìn)行的操作

——結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常類似后來的匯編語言

內(nèi)部還有累加寄存器,常數(shù)寄存器

機(jī)電式的計(jì)算機(jī)中,我們可以看到,有些偉大的天才已經(jīng)構(gòu)思設(shè)想出來了很多被應(yīng)用于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論

機(jī)電時(shí)期的計(jì)算機(jī)可以說是有不少機(jī)器的理論模型已經(jīng)算是比較接近現(xiàn)代計(jì)算機(jī)了

而且,有不少機(jī)電式的型號(hào)一直發(fā)展到電子式的年代,部件使用電子管來實(shí)現(xiàn)

這為后續(xù)計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了不可磨滅的貢獻(xiàn)

電子管

我們現(xiàn)在再轉(zhuǎn)到電學(xué)史上的1904年

一個(gè)叫做弗萊明的英國(guó)人發(fā)明了一種特殊的燈泡-----電子二極管

先說一下愛迪生效應(yīng):

在研究白熾燈的壽命時(shí)，在燈泡的碳絲附近焊上一小塊金屬片。

結(jié)果，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：金屬片雖然沒有與燈絲接觸，但如果在它們之間加上電壓，燈絲就會(huì)產(chǎn)生一股電流，趨向附近的金屬片。

這股神秘的電流是從哪里來的？愛迪生也無法解釋，但他不失時(shí)機(jī)地將這一發(fā)明注冊(cè)了專利，并稱之為“愛迪生效應(yīng)”。

此處完全可以看得出來,愛迪生是多么的有商業(yè)頭腦,這就拿去申請(qǐng)專利去了~此處省略一萬字....

金屬片雖然沒有與燈絲接觸,但是如果他們之間加上電壓,燈絲就會(huì)產(chǎn)生一股電流，趨向附近的金屬片

就是圖中的這樣子

而且這種裝置有一個(gè)神奇的功能:單向?qū)щ娦?會(huì)根據(jù)電源的正負(fù)極連通或者斷開

其實(shí)上面的形式和下圖是一樣的,要記住的是左邊靠近燈絲的是陰極   陰極電子放出

用現(xiàn)在的術(shù)語解釋就是:

陰極是用來放射電子的部件, 分為氧化物陰極和碳化釷鎢陰極。

一般來說氧化物陰極是旁熱式的, 它是利用專門的燈絲對(duì)涂有氧化鋇等陰極體加熱, 進(jìn)行熱電子放射。

碳化釷鎢陰極一般都是直熱式的,通過加熱即可產(chǎn)生熱電子放射, 所以它既是燈絲又是陰極。

然后又有個(gè)叫做福雷斯特的人在陰極和陽(yáng)極之間,加入了金屬網(wǎng),現(xiàn)在就叫做控制柵極

通過改變柵極上電壓的大小和極性,可以改變陽(yáng)極上電流的強(qiáng)弱,甚至切斷

電子三極管的原理大致就是這樣子的

既然可以改變電流的大小,他就有了放大的作用

不過顯然,是電源驅(qū)動(dòng)了他,沒有電他本身不能放大

因?yàn)槎嗔艘粭l腿,所以就叫做電子三極管

我們知道,計(jì)算機(jī)應(yīng)用的其實(shí)只是邏輯電路,邏輯電路是與或非門組成,他并不是真的在乎到底是誰有這個(gè)本事

之前繼電器能實(shí)現(xiàn)邏輯門的功能,所以繼電器被應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)上

比如我們上面提到過的與門

之所以繼電器可以實(shí)現(xiàn)邏輯門的功能,就是因?yàn)樗哂?#39;控制電路'的功能,就是說可以根據(jù)一側(cè)的輸入情況,決定另一側(cè)的情況

那新發(fā)明的電子管,根據(jù)它的特性,也可以應(yīng)用于邏輯電路

因?yàn)槟憧梢?strong>控制柵極上電壓的大小和極性,可以改變陽(yáng)極上電流的強(qiáng)弱,甚至切斷

也達(dá)到了根據(jù)輸入,控制另外一個(gè)電路的功能,只不過從繼電器換成電子管,內(nèi)部的電路需要變化下而已

電子階段

現(xiàn)在應(yīng)該說一下電子階段的計(jì)算機(jī)了,可能你早就聽過了ENIAC

我想說你更應(yīng)該了解下ABC機(jī).他才是真正的世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算設(shè)備

阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī)（Atanasoff–Berry Computer，通常簡(jiǎn)稱ABC計(jì)算機(jī)）

1937年設(shè)計(jì)，不可編程，僅僅設(shè)計(jì)用于求解線性方程組

但是很顯然,沒有通用性,也不可編程,也沒有存儲(chǔ)程序機(jī)制,他完全不是現(xiàn)代意義的計(jì)算機(jī)

上面這段話來源于:http://www4./~belail/The_Introduction_of_Electronic_Computing/Atanasoff-Berry_Computer.html

主要陳述了設(shè)計(jì)理念,大家可以上面的這四點(diǎn)

如果你想要知道你和天才的距離,請(qǐng)仔細(xì)看下這句話

he jotted down on a napkin in a tavern

世界上第一臺(tái)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)埃尼阿克(ENIAC),也是繼ABC之后的第二臺(tái)電子計(jì)算機(jī).

ENIAC是參照阿塔納索夫的思想完整地制造出了真正意義上的電子計(jì)算機(jī)

奇葩的是為啥不用二進(jìn)制...

建造于二戰(zhàn)期間,最初的目的是為了計(jì)算彈道

ENIAC具有通用的可編程能力

更詳細(xì)的可以參看維基百科:

https://zh./zh-cn/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E6%95%B8%E5%80%BC%E7%A9%8D%E5%88%86%E8%A8%88%E7%AE%97%E6%A9%9F

不過ENIAC程序和計(jì)算是分開的,也就意味著你需要手動(dòng)輸入程序!

并不是你理解的鍵盤上敲一敲就好了,是需要手工插接線的方式進(jìn)行的,這對(duì)使用來說是一個(gè)巨大的問題.

有一個(gè)人叫做馮·諾伊曼,美籍匈牙利數(shù)學(xué)家

有意思的是斯蒂比茲演示Model I的時(shí)候,他是在場(chǎng)的

而且他也參與了美國(guó)第一顆原子彈的研制工作,任彈道研究所顧問,而且其中涉及到的計(jì)算自然是極為困難的

我們說過ENIAC是為了計(jì)算彈道的,所以他早晚會(huì)接觸到ENIAC,也算是比較順理成章的他也加入了計(jì)算機(jī)的研制

馮諾依曼結(jié)構(gòu)

1945年，馮·諾依曼和他的研制小組在共同討論的基礎(chǔ)上

發(fā)表了一個(gè)全新的“存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案”——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）

一篇長(zhǎng)達(dá)101頁(yè)紙洋洋萬言的報(bào)告，即計(jì)算機(jī)史上著名的“101頁(yè)報(bào)告”。這份報(bào)告奠定了現(xiàn)代電腦體系結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的根基.

報(bào)告廣泛而具體地介紹了制造電子計(jì)算機(jī)和程序設(shè)計(jì)的新思想。

這份報(bào)告是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一個(gè)劃時(shí)代的文獻(xiàn)，它向世界宣告：電子計(jì)算機(jī)的時(shí)代開始了。

最主要是兩點(diǎn):

其一是電子計(jì)算機(jī)應(yīng)該以二進(jìn)制為運(yùn)算基礎(chǔ)

其二是電子計(jì)算機(jī)應(yīng)采用存儲(chǔ)程序方式工作

并且進(jìn)一步明確指出了整個(gè)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個(gè)部分組成：

運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入裝置和輸出裝置,并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系

其他的點(diǎn)還有,

指令由操作碼和地址碼組成,操作碼表示操作的性質(zhì),地址表示操作數(shù)的存儲(chǔ)位置

指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按照順序存放

機(jī)器以運(yùn)算器為中心,輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳送通過運(yùn)算器完成

人們后來把根據(jù)這一方案思想設(shè)計(jì)的機(jī)器統(tǒng)稱為“馮諾依曼機(jī)”,這也是你現(xiàn)在(2018年)在使用的計(jì)算機(jī)的模型

我們剛才說到,ENIAC并不是現(xiàn)代計(jì)算機(jī),為什么?

因?yàn)椴豢删幊?不通用等,到底怎么描述:什么是通用計(jì)算機(jī)?

1936年，艾倫·圖靈(1912-1954)提出了一種抽象的計(jì)算模型 —— 圖靈機(jī) (Turing Machine）

又稱圖靈計(jì)算、圖靈計(jì)算機(jī)

圖靈的一生是難以評(píng)價(jià)的~

我們此處僅僅說他對(duì)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)

下面這段話來自于百度百科:

圖靈的基本思想是用機(jī)器來模擬人們進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程

所謂的圖靈機(jī)就是指一個(gè)抽象的機(jī)器

圖靈機(jī)更多的是計(jì)算機(jī)的科學(xué)思想,圖靈被稱為 計(jì)算機(jī)科學(xué)之父

它證明了通用計(jì)算理論，肯定了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的可能性

圖靈機(jī)模型引入了讀寫與算法與程序語言的概念

圖靈機(jī)的思想為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)指明了方向

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是圖靈機(jī)的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

馮諾依曼提出把指令放到存儲(chǔ)器然后加以執(zhí)行,據(jù)說這也來源于圖靈的思想

至此計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)(馮諾依曼)以及計(jì)算機(jī)的自然科學(xué)理論(圖靈)

已經(jīng)比較完全了

計(jì)算機(jī)經(jīng)過了第一代電子管計(jì)算機(jī)的時(shí)代

隨后出現(xiàn)了晶體管

晶體管

肖克利1947年發(fā)明了晶體管,被稱為20世紀(jì)最重要的發(fā)明

硅元素1822年被發(fā)現(xiàn),純凈的硅叫做本征硅

硅的導(dǎo)電性很差,被稱為半導(dǎo)體

一塊純凈的本征硅的半導(dǎo)體

如果一邊摻上硼一邊摻上磷  然后分別引出來兩根導(dǎo)線

這塊半導(dǎo)體的導(dǎo)電性獲得了很大的改善,而且,像二極管一樣,具有單向?qū)щ娦?/p>

因?yàn)槭蔷w,所以叫做晶體二極管

而且,后來還發(fā)現(xiàn)加入砷 鎵等原子還能發(fā)光,稱為發(fā)光二極管  LED

還能特殊處理下控制光的顏色,被大量應(yīng)用

如同電子二極管的發(fā)明過程一樣

晶體二極管不具有放大作用

又發(fā)明了在本征半導(dǎo)體的兩邊摻上硼,中間摻上磷

這就是晶體三極管

只要電流I1 發(fā)生一點(diǎn)點(diǎn)變化   電流I2就會(huì)大幅度變化

也就是說這種新的半導(dǎo)體材料就像電子三極管一樣具有放大作

所以被稱為晶體三極管

晶體管的特性完全適合邏輯門以及觸發(fā)器

世界上第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)誕生于肖克利獲得諾貝爾獎(jiǎng)的那年,1956年,此時(shí)進(jìn)入了第二代晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代

再后來人們意識(shí)到:晶體管的工作原理和一塊硅的大小實(shí)際沒有關(guān)系

可以將晶體管做的很小,但是絲毫不影響他的單向?qū)щ娦?照樣可以方法信號(hào)

所以去掉各種連接線,這就進(jìn)入到了第三代集成電路時(shí)代

隨著技術(shù)的發(fā)展,集成的晶體管的數(shù)量千百倍的增加,進(jìn)入到第四代超大規(guī)模集成電路時(shí)代