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主题:(非计算机系学生)如何入门篇(3)---计算机发展史

介绍计算机发展史
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冯·诺伊曼 (1903-1957)
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        冯·诺伊曼(Neumann,John von),是20世纪最杰出的数学家之一,于1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,已成为计算机设计的基本原则。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献,他被誉为“计算机之父”。
    诺伊曼于1903年出生于匈牙利的布达佩斯。他是一个数字神童,11岁时已显示出数学天赋。12岁的诺伊曼就对集合论,泛函分析等深奥的数学领域了如指掌。青年时期,诺伊曼从著名数学家希尔伯特,从此,他更是如鱼得水,在数学在海洋中畅游。在获得数字博士之后,他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授,那时,他还不到30岁。
    诺伊曼不仅是个数学天才,在其他领域也大有建树。他精通七种语言,在化学方面也有相当的造诣,曾获苏黎世高等技术学院化学系大学学位。更为难得的是,他并不仅仅局限于纯数学上的研究,而是把数学应用到其他学科中去。他对经典力学、量子力学和流体力学的数学基础进行过深入的研究,并获得重大成果,这些都说明诺伊曼具备了坚实的数理基础,和广博的知识,为他后来从事计算机逻辑设计提供了坚强的后盾。
    1944年,诺伊曼参加原子弹的研制工作,该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中,要对一个反应的传播做出“是”或“否”的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令,尽管最终的数据并不要求十分精确,但所有的中间运算过程均不可缺少,且要尽可能保持准确。他所在的洛 ·斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员,利用台式计算机从早到晚计算,还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。
    被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了ENIAC计算机的研制计划,从此他投身到计算机研制这一宏伟的事业中,建立了一生中最大的丰功伟绩。
    1944年夏的一天,正在火车站候车的诺伊曼巧遇戈尔斯坦,并同他进行了短暂的交谈。当时,戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人,他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈在,戈尔斯坦告诉了诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的诺伊曼为这一研制计划所吸引,他意识到了这项工作的深远意义。
    几天之后,诺伊曼专程来到莫尔学院,参观了尚未竣工的这台庞大的机器,并以其敏锐的眼光,一下子抓住了计算机的灵魂--逻辑结构问题,令年轻的ENIAC的研制们敬佩不已。
    因实际工作中对计算的需要以及把数学应用到其他科学问题的强烈愿望,使诺伊曼迅速决定投身到计算机研制者的行列。对业已功成名就的诺伊曼来说,这样做需要极大的勇气,因为这是一个成败未卜的新征途,一旦失败,会影响他已取得的名誉和地位。诺伊曼却以对新事物前途的洞察力,毅然决然地向此征途迈出了第一步,于1944年8月加入莫尔计算机研制小组,为计算机研制翻开了辉煌的一页。
    诺伊曼以其非凡的分析、综合能力及雄厚的数理基础,集众人之长,提出了一系列优秀的设计思想,在他和莫尔小组其他成员的共同努力下,只经历了短短的十个月,人类在数千年中积累起来的科学技术文明,终于结出了最激动人心的智慧之花--一个全新的存储程序通用电子计算机方案(EDVAC方案)诞生了。
    诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题,起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。报告明确规定, EDVAC计算机由计算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出五大部分组成,并阐述了这五大部分的职能和相互关系。这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。
    1954年6月,诺伊曼到美国普林斯顿高级研究所工作,出任ISA计算机研制小组的主任职位。在那时,他提出了更加完善的设计报告“电子计算装置逻辑结构初探”。报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。
    设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。
    实践证明了诺伊曼预言的正确性。如今,逻辑代数的应用已成为设计电子计算机的重要手段,在EDVAC中采用的主要逻辑线路也一直沿用着,只是对实现逻辑线路的工程方法和逻辑电路的分析方法作了改进。
    程序内存是诺伊曼的另一杰作。通过对ENIAC的考察,诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点--没有真正的存储器。ENIAC只在20个暂存器,它的程序是外插型的,指令存储在计算机的其他电路中。这样,解题之前,必需先相好所需的全部指令,通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间,而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。
    针对这个问题,诺伊曼提出了程序内存的思想:把运算程序存在机器的存储器中,程序设计员只需要云存储器中寻找运算指令,机器就会自行计算,这样,就不必每个问题都重新编程,从而大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现,标志着电子计算机的成熟,已成为电子计算机设计的基本原则。   
    冯·诺伊曼为计算机的发展道路打通了一道道关卡。尽管长期以来,关于二进制的引入和程序内存的发明权一直有争议,但是,诺伊曼在计算机总体配置和逻辑设计上所做的卓越贡献掀起了一次计算机热潮。推动了电子计算机的发展。他无愧于“计算机之父”这一美称。

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沙发

计算机科学家图灵

  图灵1912年生于英国伦敦,1954年死于英国的曼彻斯特,他是计算机逻辑的奠基者,许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家。他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是图灵机的概念,对于人工智能,它提出了重要的衡量标准“图灵测试”,如果有机器能够通过图灵测试,那他就是一个完全意义上的智能机,和人没有区别了。他杰出的贡献使他成为计算机界的第一人,现在人们为了纪念这位伟大的科学家将计算机界的最高奖定名为“图灵奖”。在中学时,他在科学方面的才能就已经显示出来,这种才能仅仅限于非文科的学科上,他的导师希望这位聪明的孩子也能够在历史和文学上有所成就,但是都没有太大的建树。少年图灵感兴趣的是数学等学科。在加拿大他开始了他的职业数学生涯,在大学期间这位学生似乎对前人现成的理论并不感兴趣,什么东西都要自己来一次。大学毕业后,他前往美国普林斯顿大学也正是在那里,他制造出了以后称之为图灵机的东西。图灵机被公认为现代计算机的原型,这台机器可以读入一系列的零和一,这些数字代表了解决某一问题所需要的步骤,按这个步骤走下去,就可以解决某一特定的问题。这种观念在当时是具有革命性意义的,因为即使在50年代的时候,大部分的计算机还只能解决某一特定问题,不是通用的,而图灵机从理论上却是通用机。在图灵看来,这台机器只用保留一些最简单的指令,一个复杂的工作只用把它分解为这几个最简单的操作就可以实现了,在当时他能够具有这样的思想确实是很了不起的。他相信有一个算法可以解决大部分问题,而困难的部分则是如何确定最简单的指令集,怎么样的指令集才是最少的,而且又能顶用,还有一个难点是如何将复杂问题分解为这些指令的问题。

  二战时,图灵在英国通信部工作,他运用他的专业技能破译德国密码,这在当时十分不容易,因为德国人开发出一种用于计算的机器称为Enigma,它能够定期将密码改变,让破译者根本摸不到头绪。在通信部工作的时候,图灵和同事们一起使用一台称为COLOSSUS的设备破译德国的密码,COLOSSUS干得相当不错,COLOSSUS虽然是用马达和金属做的,与现在的数字式计算机根本不是一回事,但它是现代计算机重要的一步。二战后,图灵需要找一种放松自己的方法,于是他选择了长跑,他选择的一般都是他善长的。下图就是Enigma的照片。



  此后图灵在国家物理学实验室(NPL)工作,并继续为数字式计算机努力,在那里人发明了自动计算机(Automatic Computing Engine,ACE),在这一时期他开始探索计算机与自然的关系。他写了一篇名为《智能机》的文章于1969发表,这时便开始有了人工智能的雏形。

  图灵相信机器可以模拟人的智力,他也深知让人们接受这一想法的困难,今天仍然有许多人认为人的大脑是不可能用机器模仿的。而在图灵认为,这样的机器一定是存在的。图灵经常和其它科学家发生争论,争论的问题就是机器实现人类智能的问题,在今天我们看来这没有什么,但是在当时这可不太容易被人接受。他经常问他的同事,你们能不能找到一个计算机不能回答的问题,当时计算机处理多选问题已经可以了,可是对于文章的处理还根本不可能,但今天的发展证明了图灵的远见,今天的计算机已经可以读写一些简单的文章了。

  图灵相信如果模拟人类大脑的思维就可以做出一台可以思考的机器,它于1950写文章提出了著名的“图灵测试”,测试是让人类考官通过键盘向一个人和一个机器发问,这个考官不知道他现在问的是人还是机器。如果在经过一定时间的提问以后,这位人类考官不能确定谁是人谁是机器,那这个机器就有智力了。这个测试在我们想起来十分简单,可是伟大的思想就源于这种简单的事物之中。

  现在已经有软件可以通过图灵测试的子测试,软件这个人类智慧的机器反映应该可以解决一些人类智力的问题。在完成ACE之前,图灵离开了NPL,它在曼彻斯特大学开发曼彻斯特自动计算机(Manchester Automatic Digital Machine,MADAM)。他相信在2000年前一定可以制造出可以模拟人类智力的机器,图灵开始创立算法,并使用MADAM继续他的工作。

  图灵对生物也十分感兴趣,他希望了解生物的各个器官为什么是这个样子而不是那个样子,他不相信达尔文的进化论,他觉得生物的发展与进化没什么关系。对于生物学,他也用它钟爱的数学进行研究,它的研究对他进行计算机的研究有促进作用。它把生物的变化也看做是一种程序,也就是图灵机的基本概念,按程序进行。最后,这位伟大的计算机先驱于1954年6月7日去世,他终生未娶。

  这里是一个最简单图灵机演示程序

板凳

二进制的发明者和计算机的构想者莱布尼茨

3 楼

那八进制,十六进制又是谁发明的呐?

4 楼

我的天,
第一个赞美女人是花的是天才
第二个麽...是傻瓜
不足道也...

5 楼

呵呵

每本课本都提到 这个家伙

6 楼

不要看不起人你还不行呢!!

7 楼

...越来越多

8 楼

看来老冯是计算机的鼻祖了,讲到历史都得从他老人家说起,呵呵!

9 楼

还有 英国 的 巴比奇

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