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第 1 章 认识计算机 1.1 计算机的史前史—— 计算工具的发展简史 手动式计算工具——算筹 手动式计算工具——算筹 机械式计算工具 机械式计算工具——帕斯卡加法器 机械式计算工具——莱布尼茨四则运算器 机械式计算工具——莱布尼茨四则运算器 机械式计算工具——雅各织布机 机械式计算工具——雅各织布机 机械式计算工具——差分机 机械式计算工具——差分机 机械式计算工具——分析机 ● 英国著名诗人拜伦的独生女爱达?奥古斯塔为分析机编制了人类历史上第一批计算机程序。 ● 历史上第一位程序员。 ● 爱达和巴贝奇为计算机的发展创造了不朽的功勋，他们对计算机的预见超前了一个多世纪，正是他们的辛勤努力，为后来计算机的出现奠定了坚实的基础。 机电式计算机 机电式计算机——制表机 ● 制表机：美国人发明。 ● 背景：机电技术、美国人口普查，参与了美国1890年的人口普查工作。 ● 第一台可以自动进行加减乘除运算、累计存档、制作报表的机电式计算工具。 ● 输入、输出、存储均用穿孔卡片。 ● 人类历史上第一次利用计算工具进行大规模数据的自动处理。 ● Z-1计算机：德国人发明。 ● 先后研制出Z-2、Z-3、Z-4。 ● 第一台采用二进制和继电器的通用程序计算机。二进制、浮点记数法、带存储地址的指令等思想已经有人提出，但朱斯第一次将这些思想具体实现。 ● 1941年，朱斯向德国政府申请基金用来建造计算机，用于破译敌人的密码，德国政府没有批准。 ● 与此同时，英国政府秘密组建一个由科学家和工程师组成的绝密小组，1943年，图灵等人研制成功Colossus（巨人计算机），使得英国军方能够窃取并破译德国的军事情报。 * * 人类和猿最重要的区别就是发明、制造和使用工具 手动式计算工具——结绳记事 ● 中国古书中记载的“上古结绳而治”； ● 拉丁文中“Calculus”的原意是用于计算的小石子。 ● 计算工具：手指，采用十进制。 ● 绳子、石子的用途：延长手指的计算能力和存储能力。 远古时代 古巴比伦人采用 60 进制， 玛雅人采用 20 进制。 ● 算筹：第一个人造计算工具。 ● 我国古代劳动人民最先创造和使用了这种简单的计算工具。 ● 南北朝时期，祖冲之用算筹作为计算工具将圆周率精确到3.1415926和3.1415927之间。 春秋时期 示例：计算 206 + 15 ＋ 个位向十位产生进位 阿拉伯数字是由古印度人民发明的，12世纪由阿拉伯人传入欧洲。 祖冲之如何用算筹计算圆周率？ 人类为什么要发明计算工具？ 记数 计算 应用、需求驱动计算工具的发展 手动式计算工具——算盘 ● 算盘：计算工具发展史上第一次重大改革。 ● 我国古代劳动人民创造的。 ● 在英语中，算盘有两种拼法：abacus 和 Suan-Pan。 ● 算盘由算筹演变而来，并且和算筹并存竞争了一个时期，终于在元代后期取代了算筹。 元代后期 手动式计算工具——纳皮尔算筹 ● Napier算筹：英国人发明。 ● 用加法操作来实现乘法操作。 1617 年 …… 手动式计算工具——纳皮尔算筹 示例：计算 25 × 8 25 × 8 40 ＋ 16 200 从Napier算筹可以得到什么启示？ 将复杂运算转换为简单运算。 手动式计算工具——计算尺 ● 数学原理：根据对数原理，在两个圆盘的边缘标注对数刻度，然后让它们相对转动，基于对数原理用加减法来实现乘除运算。 ● 18世纪末，瓦特在尺座上添置了一个滑标。 1621 年 ● 对数计算尺：英国人发明。 手动式计算工具（小结） ● 中国：结绳记事?算筹?算盘 ● 英国：Napier算筹?计算尺 ● 计算工具：手指?算筹? ● 运算：加减运算?乘除运算?乘方、开方、三角函数 ● 手动式计算工具的特征：手动 算盘 计算尺 机械：利用力学原理组成的各种装置，如杠杆、滑轮以及枪炮等（新华字典）。 滑 轮 ● 帕斯卡加法器：法国人发明。 ● 背景：钟表技术、齿轮技术。 ● 帕斯卡加法器由齿轮组成、以发条为动力、通过转动齿轮来实现加减运算、用连杆实现进位。 1642 年 启示：可以用机械工具来模拟人的思维活动。 ● 莱布尼茨四则运算器：德国人发明。 ● 工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。 ● 乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。 1673 年 机械的含义？ 需要手动上发条，然后就可以机械地实现计算——手动机械。 ● 莱布尼茨四则运算器：德国人发明。 ● 工作原理同帕斯卡加法器，能进行四则运算。 ● 乘法运算采用进位-加，后来演化为二进制，被现代计算机采用。 1673 年