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1、計 算 機 與 計 算 機 系 統(tǒng) PC時 代 的 開 創(chuàng) 者馮 諾 依 曼 計 算 機 體 系 結(jié) 構(gòu) 計 算 機 系 統(tǒng) 組 成計 算 機 工 業(yè) 生 態(tài) 鏈計 算 機 與 計 算 機 系 統(tǒng) 計 算 機 發(fā) 展 簡 史 計 算 機 發(fā) 展 簡 史 ENIAC的 誕 生1 計 算 機 發(fā) 展 的 幾 個 階 段 2計 算 機 的 發(fā) 展 趨 勢3 ENIAC的 誕 生研 制 電 子 計 算 機 的 想 法 產(chǎn) 生 于 二 戰(zhàn) 期 間 。 當(dāng) 時 激 戰(zhàn) 正 酣 ，主 要 的 武 器 是 飛 機 和 大 炮 。 各 國 的 武 器 裝 備 跟 現(xiàn) 在 相 比 差遠 了 。 因 此 ， 研 制

2、 和 開 發(fā) 新 型 大 炮 和 導(dǎo) 彈 顯 得 十 分 必 要 和迫 切 。 美 國 陸 軍 軍 械 部 為 此 成 立 了 “ 彈 道 研 究 實 驗 室 ” 。美 國 軍 方 要 求 該 實 驗 室 每 天 為 陸 軍 炮 彈 部 隊 提 供 6張 火 力 表 ，以 便 對 導(dǎo) 彈 的 研 制 進 行 技 術(shù) 鑒 定 。 千 萬 別 小 瞧 這 區(qū) 區(qū) 6張 火力 表 ， 它 們 所 需 的 運 算 量 大 得 驚 人 。 每 張 火 力 表 都 要 計 算幾 百 條 彈 道 ， 而 每 條 彈 道 的 數(shù) 學(xué) 模 型 都 是 非 常 復(fù) 雜 的 非 線性 方 程 組 。 這 些 方 程

3、 組 是 沒 有 辦 法 求 出 準(zhǔn) 確 解 的 ， 只 能 用數(shù) 值 方 法 近 似 地 進 行 計 算 。 不 過 即 使 用 數(shù) 值 方 法 近 似 求 解也 不 是 件 容 易 的 事 。 按 當(dāng) 時 的 計 算 工 具 ， 實 驗 室 即 使 雇 用200多 名 計 算 員 加 班 加 點 工 作 也 需 要 二 個 多 月 的 時 間 才 能 完成 一 張 火 力 表 。 這 樣 的 速 度 顯 然 不 能 滿 足 戰(zhàn) 爭 的 需 要 。 為 了 改 變 這 種 不 利 狀 況 ， 時 任 賓 夕法 尼 亞 大 學(xué) 莫 爾 電 機 工 程 學(xué) 院 的 莫希 利 于 1942年 提

4、出 了 研 制 電 子 計 算機 的 設(shè) 想 ， 期 望 使 用 電 子 管 代 替 繼電 器 以 提 高 機 器 的 計 算 速 度 。美 國 軍 方 得 知 這 一 設(shè) 想 后 ， 馬 上 撥款 大 力 支 持 ， 成 立 了 以 莫 希 利 、 ?？?特 為 首 的 研 制 小 組 。 預(yù) 算 經(jīng) 費 為15萬 美 元 （ 實 際 投 資 48萬 ） ， 這 在當(dāng) 時 是 一 筆 巨 款 。 1946年 2月 14日 ， 世 界 上 第 一 臺 通 用電 子 數(shù) 字 計 算 機 ENIAC宣 告 研 制 成 功 。 莫 希 利 和 埃 克 特 vENIAC (Electronic Num

5、erical Integrator And Calculator) 占 地 170平 米 重 30噸 耗 電 174千 瓦 每 秒 5000次 加 法 （ 人 每 秒 最 多 5次 ） ， 400次 乘 法 ，20分 鐘 能 夠 計 算 出 一 條 彈 道 ， 但 現(xiàn) 在 的 計 算 機 只 需 30秒 計 算 機 發(fā) 展 的 幾 個 階 段第 四 階 段大 規(guī) 模 及 超 大 規(guī)模 集 成 電 路 計 算機第 一 階 段電 子 管 計 算 機 第 三 階 段集 成 電 路 計 算 機第 二 階 段晶 體 管 計 算 機 v電 子 管 計 算 機 ： 1946年 20世 紀(jì) 50年 代 后 期

6、 邏 輯 元 件 ： 電 子 管 主 存 ： 磁 鼓 輔 存 ： 磁 帶 軟 件 ： 機 器 語 言 、 符 號 語 言 應(yīng) 用 ： 科 學(xué) 計 算 主 要 成 就 ： 揭 開 了 人 類 歷 史 新 篇 章 ； 馮 諾 依 曼 提 出了 存 儲 程 序 的 思 想 ， 以 及 計 算 機 的 邏 輯 部 件 和 工 作 過程 ， 奠 定 了 現(xiàn) 代 計 算 機 體 系 結(jié) 構(gòu) v晶 體 管 計 算 機 ： 20世 紀(jì) 50年 代 中 期 60年 代 中 期 邏 輯 元 件 ： 晶 體 管 主 存 ： 磁 芯 輔 存 ： 磁 盤 軟 件 ： 高 級 程 序 設(shè) 計 語 言 、 操 作 系 統(tǒng)

7、應(yīng) 用 ： 除 科 學(xué) 計 算 外 ， 還 應(yīng) 用 于 數(shù) 據(jù) 處 理 、 過 程 控 制 主 要 成 就 ： 計 算 機 體 積 縮 小 、 功 耗 降 低 、 速 度 和 可 靠性 提 高 ； 發(fā) 明 了 高 級 語 言 ； 提 出 了 計 算 機 兼 容 問 題 電 子 管 晶 體 管v 與 電 子 管 相 比 ， 晶 體 管 ： 體 積 小 了 很 多 功 耗 明 顯 降 低 穩(wěn) 定 性 有 了 很 大 提 高 v集 成 電 路 計 算 機 ： 20世 紀(jì) 60年 代 中 期 70年 代 初 期 邏 輯 元 件 ： 集 成 電 路 主 存 ： 半 導(dǎo) 體 輔 存 ： 磁 盤 軟 件 ：

8、 高 級 程 序 設(shè) 計 語 言 、 操 作 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 ： 科 學(xué) 計 算 、 數(shù) 據(jù) 處 理 、 過 程 控 制 主 要 成 就 ： IBM提 出 了 系 列 機 的 概 念 ， 解 決 了 計 算 機兼 容 問 題 ； 控 制 器 設(shè) 計 使 用 了 微 程 序 控 制 技 術(shù) ； 結(jié) 構(gòu)化 設(shè) 計 思 想 成 熟 ， 軟 硬 件 設(shè) 計 標(biāo) 準(zhǔn) 化 電 子 管晶 體 管 v 大 規(guī) 模 及 超 大 規(guī) 模 集 成 電 路 計 算 機 ： 20世 紀(jì) 70年 代 初 期 今 邏 輯 元 件 ： 大 規(guī) 模 、 超 大 規(guī) 模 集 成 電 路 主 存 ： 大 規(guī) 模 、 超 大 規(guī) 模

9、 半 導(dǎo) 體 芯 片 輔 存 ： 磁 盤 、 光 盤 軟 件 ： 高 級 程 序 設(shè) 計 語 言 、 操 作 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 ： 科 學(xué) 計 算 、 數(shù) 據(jù) 處 理 、 過 程 控 制 ， 計 算 機 在 很多 領(lǐng) 域 得 到 廣 泛 使 用 主 要 成 就 ： Intel公 司 發(fā) 明 了 微 處 理 器 芯 片 ； 微 型 計 算機 出 現(xiàn) ； 軟 件 產(chǎn) 業(yè) 高 度 發(fā) 展 ； 多 媒 體 技 術(shù) 崛 起 第 一 臺 微 型 計 算 機 Altair8800第 一 塊 微 處 理 器 芯 片 Intel4004 起 止 年 代 主 要 元 件 主 要元 件 圖 例 速 度（ 次 /秒 ）

10、 特 點 與 應(yīng) 用 領(lǐng) 域第一代 1946年 20世紀(jì) 50年 代 末 電 子 管 5千 1萬 次 體 積 巨 大 ， 運 算 速 度 較 低 ， 耗 電量 大 ， 存 儲 容 量 小 ； 主 要 用 于 科學(xué) 計 算第二代 20世 紀(jì) 50年 代中 20世 紀(jì) 60年 代 中 晶 體 管 幾 萬 幾 十萬 次 體 積 減 小 ， 耗 電 較 少 ， 運 算 速 度較 高 ， 價 格 下 降 ； 不 僅 用 于 科 學(xué)計 算 ， 還 用 于 數(shù) 據(jù) 處 理 和 事 務(wù) 管理 ， 并 逐 漸 用 于 工 業(yè) 控 制第三代 20世 紀(jì) 60年 代中 20世 紀(jì) 70年 代 初 中 、 小 規(guī)模

11、集 成 電路 幾 十 萬 幾百 萬 次 體 積 、 功 耗 進 一 步 減 小 ， 可 靠 性和 速 度 進 一 步 提 高 ； 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 拓展 到 文 字 處 理 、 企 業(yè) 管 理 、 自 動控 制 、 城 市 交 通 管 理 等 方 面 第四代 20世 紀(jì) 70年 代初 至 今 大 規(guī) 模 和超 大 規(guī) 模集 成 電 路 幾 千 萬 幾百 萬 億 次 性 能 大 幅 度 提 高 ， 價 格 大 幅 度 下降 ， 廣 泛 應(yīng) 用 于 社 會 生 活 的 各 個方 面 ， 進 入 辦 公 室 和 家 庭 ； 在 辦公 自 動 化 、 電 子 排 版 、 數(shù) 據(jù) 庫 管理 、 圖 像 識

12、 別 、 語 音 識 別 、 專 家系 統(tǒng) 等 領(lǐng) 域 大 顯 身 手 計 算 機 的 發(fā) 展 趨 勢無 論 從 硬 件 結(jié) 構(gòu) 還 是 性 能 等 方 面 講 ， 計 算 機 已 經(jīng) 不 再 只 是進 行 簡 單 的 計 算 。 目 前 ， 計 算 機 正 朝 著 巨 型 化 、 微 型 化 、網(wǎng) 絡(luò) 化 和 智 能 化 的 方 向 進 一 步 發(fā) 展 。l巨 型 化 ， 計 算 機 的 運 算 速 度 更 高 、 存 儲 容 量 更 大 、 功 能 更 強 。l微 型 化 ， 計 算 機 或 更 確 切 地 說 是 具 有 信 息 處 理 功 能 的 計 算 部 件 已 經(jīng) 嵌入 到 諸

13、如 儀 表 、 儀 器 、 家 用 電 器 、 電 子 消 費 品 等 設(shè) 備 中 ， 成 為 智 能 電子 產(chǎn) 品 的 重 要 部 件 。l網(wǎng) 絡(luò) 化 ， 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 已 經(jīng) 成 為 信 息 時 代 的 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 ， 計 算 機 與 計 算 機之 間 的 通 信 越 來 越 頻 繁 。l智 能 化 ， 相 比 現(xiàn) 在 的 計 算 機 ， 未 來 的 計 算 機 將 可 以 模 擬 人 的 感 官 和 思維 ， 具 有 邏 輯 推 理 能 力 和 學(xué) 習(xí) 能 力 。如 同 馬 達 之 于 機 械 ， 人 們 提 出 了 普 適 計 算 的 概 念 ， 即 無 處不 在 的 計 算

14、 。 其 意 義 在 于 計 算 技 術(shù) 將 融 入 人 們 的 日 常 生 活 而 又 不 被 察 覺 。 在 普 適 計 算 時 代 ， 計 算 機 主 要 不 是 以 獨 立 的 計 算 設(shè) 備 形 態(tài)出 現(xiàn) ， 而 是 將 嵌 入 式 處 理 器 、 存 儲 器 、 通 信 模 塊 和 傳 感 器集 成 在 一 起 ， 以 信 息 設(shè) 備 的 形 式 出 現(xiàn) 。下 一 代 計 算 機 無 論 從 體 系 結(jié) 構(gòu) 、 工 作 原 理 ， 還 是 器 件 及 制造 技 術(shù) ， 都 將 發(fā) 生 顛 覆 性 變 革 。 目 前 正 在 研 制 的 生 物 計 算機 和 量 子 計 算 機 是

15、迄 今 為 止 最 新 一 代 的 計 算 機 。 它 們 已 經(jīng)從 本 質(zhì) 上 超 越 了 電 子 計 算 機 。 PC時 代 的 開 創(chuàng) 者 藍 色 巨 人 IBM1 奔 騰 之 芯 Intel 2業(yè) 界 羅 馬 帝 國 Microsoft3 藍 色 巨 人 IBM IBM， 即 國 際 商 用 機 器 公 司（ International Business Machines Corporation） 。因 為 它 的 徽 標(biāo) 是 藍 色 的 ， 人們 常 常 稱 之 為 藍 色 巨 人 。IBM成 立 于 1924年 ， 由 老 托馬 斯 沃 森 創(chuàng) 辦 。 但 是 IBM和 外 界 都

16、 把 它 的 歷 史 向 前 推進 30年 到 19世 紀(jì) 末 。 Thomas J. Watson 在 相 當(dāng) 長 的 一 段 時 間 ， IBM始 終 是 信 息 產(chǎn) 業(yè) 的 主 導(dǎo) 力 量 。 在計 算 機 領(lǐng) 域 ， 只 要 抓 住 IBM一 個 不 經(jīng) 意 的 疏 忽 ， 往 往 就 能 成就 一 番 事 業(yè) 。 蘋 果 、 DEC、 微 軟 和 Intel的 發(fā) 跡 都 和 IBM有 著密 切 的 聯(lián) 系 。 整 個 計 算 機 的 歷 史 幾 乎 就 是 年 輕 人 不 斷 挑 戰(zhàn)IBM的 歷 史 。 IBM在 計 算 機 工 業(yè) 領(lǐng) 域 成 就 了 輝 煌 的 業(yè) 績 。195

17、3年 ， IBM701作 為 第 一 代 電 子 管 計 算 機 的 標(biāo) 志 產(chǎn) 品 隆 重 推 出 ；1954年 ， IBM650上 市 ， 立 即 成 為 中 型 計 算 機 的 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) ；1954年 ， IBM推 出 用 于 科 學(xué) 計 算 的 大 型 機 IBM704， 刮 起 了 強 勁 的 “ IBM旋 風(fēng) ” ；1959年 ， IBM全 面 推 出 7000系 列 晶 體 管 計 算 機 ；1961年 ， IBM轉(zhuǎn) 向 開 發(fā) 集 成 電 路 型 計 算 機 ， 首 次 提 出 了 “ 兼 容 性 ” 的 概念 ；1964年 ， IBM系 列 計 算 機 問 世 ， 取

18、得 了 難 以 置 信 的 成 功 ， 成 為 第 三 代 計算 機 的 標(biāo) 志 ；從 1969年 開 始 ， 美 國 司 法 部 和 IBM大 了 10年 之 久 的 反 壟 斷 官 司 。 這 場 官 司 的 結(jié) 果 之 一 是 IBM必 須 公 開 一 些 技 術(shù) ， 從 而 導(dǎo) 致 了 后 來 無 數(shù) IBM-PC兼容 機 公 司 的 出 現(xiàn) 。 1976年 ， 沒 有 讀 完 大 學(xué) 的 史 蒂 夫 喬 布 斯 在 自 家 的 車庫 里 整 出 了 世 界 上 第 一 臺 可 以 商 業(yè) 化 的 個 人 電 腦Apple- 。 觀 望 了 4年 之 后 ， IBM決 定 開 發(fā) 個

19、人 電 腦 。為 了 盡 快 研 制 出 一 臺 PC， IBM的 項 目 組 不 得 不 打 破 以 前自 己 開 發(fā) 計 算 機 全 部 軟 硬 件 的 習(xí) 慣 ， 采 用 了 Intel公 司8086芯 片 作 為 處 理 器 ， 委 托 微 軟 公 司 開 發(fā) 操 作 系 統(tǒng) 和相 關(guān) 軟 件 。 IBM這 一 不 經(jīng) 意 的 舉 措 給 個 人 計 算 機 帶 來 了顛 覆 性 的 變 革 。 在 IBM公 司 公 布 IBM-PC標(biāo) 準(zhǔn) 后 不 久 ， 生產(chǎn) PC兼 容 機 的 公 司 如 雨 后 春 筍 迅 速 發(fā) 展 起 來 ， 生 產(chǎn) 微處 理 器 的 Intel公 司 和

20、開 發(fā) 軟 件 的 微 軟 公 司 也 因 IBM的機 緣 一 夜 之 間 壯 大 起 來 。 從 此 ， 計 算 機 逐 漸 進 入 千 家萬 戶 和 各 個 領(lǐng) 域 。 奔 騰 之 芯 Intel Intel公 司 由 戈 登 摩 爾 和羅 伯 特 諾 伊 斯 于 1968年 創(chuàng)辦 。 其 名 稱 源 于 Integrated Electronics的 縮 寫 。 Intel公 司 是 全 球 最 大 的 半 導(dǎo) 體 芯片 制 造 商 。Gordon Moore Robert Noyce Intel在 早 期 很 長 一 段 時 間 都 是 名 不 見 經(jīng) 傳 的 的 小 公 司 ，其 產(chǎn)

21、 品 被 認(rèn) 為 低 性 能 、 低 價 格 的 代 表 。 1980年 ， IBM為 了短 平 快 地 搞 出 PC， 懶 得 自 己 設(shè) 計 處 理 器 ， 拿 了 Intel的8086就 直 接 用 上 。 這 一 下 子 ， Intel一 舉 成 名 ， 從 此 進 入發(fā) 展 的 快 車 道 ， 成 為 業(yè) 界 翹 楚 。1971年 ， Intel開 發(fā) 出 第 一 個 商 用 處 理 器 Intel 4004， 開 啟 了 微 處理 器 時 代 ；1978年 ， Intel開 發(fā) 出 8086微 處 理 器 ， 后 來 成 為 IBM-PC的 CPU；1985年 ， Intel推 出

22、 32位 的 處 理 器 80386， 開 啟 了 個 人 計 算 機 的 多 媒體 時 代 ， Intel憑 此 處 理 器 一 統(tǒng) IBM-PC兼 容 機 的 市 場 ；1993年 ， Intel的 奔 騰 系 列 處 理 器 問 世 ， 在 隨 后 的 十 年 里 ， Intel推出 了 很 多 代 的 奔 騰 處 理 器 ；2006年 ， Intel的 酷 睿 雙 核 處 理 器 問 世 ， 酷 睿 系 列 處 理 器 幾 乎 成 了多 核 的 代 名 詞 。 Intel曾 經(jīng) 的 和 現(xiàn) 在 的 產(chǎn) 品 業(yè) 界 羅 馬 帝 國 MicrosoftMicrosoft公 司 由 比 爾

23、蓋 茨 和 保 羅 艾 倫 于 1975年 創(chuàng) 辦 。其 名 稱 由 microcomputer和 software兩 部 分 組 成 。 微 軟 公 司幾 乎 壟 斷 了 桌 面 操 作 系 統(tǒng) 和 大 部 分 辦 公 軟 件 市 場 。 IT行 業(yè) 流傳 著 一 句 告 誡 ： “ 永 遠 不 要 做 微 軟 想 做 的 事 情 ” 。Bill Gates Paul Allen 和 大 多 數(shù) 偉 大 的 公 司 一 樣 ， 微 軟 的 崛 起 也 是 充 滿 了 傳 奇色 彩 。 1980年 ， IBM公 司 為 了 盡 快 開 發(fā) 出 PC， 便 委 托 微 軟公 司 為 其 開 發(fā)

24、操 作 系 統(tǒng) 和 一 些 應(yīng) 用 軟 件 。 微 軟 的 操 作 系統(tǒng) 因 IBM-PC的 成 功 而 崛 起 。 幾 十 年 來 ， Intel牢 牢 地 占 據(jù)了 微 機 CPU的 核 心 位 置 ， 微 軟 的 Windows系 列 操 作 系 統(tǒng) 則控 制 了 PC終 端 。 因 此 ， 人 們 把 這 種 格 局 稱 之 為 WinTel體系 。 微 軟 在 PC時 代 成 就 了 霸 業(yè) 。1980年 ， 微 軟 為 IBM-PC開 發(fā) DOS操 作 系 統(tǒng) ， 敲 開 了 軟 件 產(chǎn) 業(yè) 的 大 門 ；1990年 ， 微 軟 推 出 基 于 圖 形 界 面 的 Windows

25、3.0操 作 系 統(tǒng) ， 微 軟 帝國 開 始 形 成 ；1993年 ， 微 軟 推 出 視 窗 版 電 子 表 格 制 作 軟 件 Excel， 擠 垮 了 該 領(lǐng) 域的 Lotus公 司 ；1995年 ， Word 95問 世 ， 微 軟 消 滅 了 WordPerfect公 司 ；同 年 ， 微 軟 推 出 了 IE瀏 覽 器 ， 并 最 終 干 掉 了 Netscape公 司 。 微 軟 產(chǎn) 品 線v 操 作 系 統(tǒng) ： Windows XP、 Win7等v辦 公 軟 件 ： Office 2007 、 Project 2007、 Visio 2007等vServer系 列 服 務(wù) 器

26、 ： Windows server 2008、 Exchange Server 2007等v數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) ： SQL Server等vVisual Studio 2008系 列vForefront等 安 全 產(chǎn) 品 馮 諾 依 曼 計 算 機 體 系 結(jié) 構(gòu)在 介 紹 目 前 普 遍 采 用 的 馮 諾 依 曼 計 算 機 體 系 結(jié) 構(gòu) 之 前 ，還 是 讓 我 們 先 了 解 一 些 奠 定 了 現(xiàn) 代 計 算 機 理 論 基 礎(chǔ) 的 重 要人 物 和 他 們 的 思 想 。v 布 爾 與 邏 輯 代 數(shù) 1847年 ， 布 爾 出 版 了 著 作 邏 輯 的 數(shù) 學(xué)分 析

27、1854年 ， 布 爾 出 版 了 著 作 思 維 規(guī) 律 的研 究 邏 輯 與 概 率 的 數(shù) 學(xué) 理 論 基 礎(chǔ) 以 上 述 兩 部 著 作 為 基 礎(chǔ) ， 布 爾 開 創(chuàng) 了 一門 新 的 數(shù) 學(xué) 分 支 邏 輯 代 數(shù) ， 又 稱 布爾 代 數(shù) 。 它 為 百 年 后 出 現(xiàn) 的 數(shù) 字 計 算 機開 關(guān) 電 路 設(shè) 計 提 供 了 最 主 要 的 數(shù) 學(xué) 方 法 和 理 論 基 礎(chǔ) 。George Boole（ 1815-1864）邏 輯 代 數(shù) 創(chuàng) 始 人 v 香 農(nóng) 與 計 算 機 開 關(guān) 電 路 1938年 ， 香 農(nóng) 發(fā) 表 了 論 文 “ 繼 電 器和 開 關(guān) 電 路 的

28、符 號 分 析 ” ， 首 次 闡 述了 將 布 爾 代 數(shù) 運 用 于 邏 輯 電 路 的 思 想 ，奠 定 了 現(xiàn) 代 計 算 機 開 關(guān) 電 路 的 理 論 基礎(chǔ) 。 1946年 ， 香 農(nóng) 發(fā) 表 了 論 文 “ 通 信 的數(shù) 學(xué) 原 理 ” ， 1949年 又 發(fā) 表 了 論 文“ 噪 聲 下 的 通 信 ” 。 這 兩 篇 論 文 成 了信 息 論 的 奠 基 性 著 作 ， 香 農(nóng) 開 創(chuàng) 了 信息 論 。 Claude Shannon（ 1916-2001）信 息 論 創(chuàng) 始 人 v 圖 靈 、 圖 靈 機 與 圖 靈 測 試 圖 靈 于 24歲 提 出 了 圖 靈 機 理 論

29、 ， 31歲 破 解 了 德 軍 密 碼 ，33歲 構(gòu) 思 了 仿 真 系 統(tǒng) ， 35歲 提 出 了 自 動 程 序 設(shè) 計 概 念 ，38歲 設(shè) 計 了 “ 圖 靈 測 試 ” ， 1936年 ， 圖 靈 發(fā) 表 了 論 文 “ 論 可 計 算 數(shù) 及 其 在 判 定 問題 上 的 應(yīng) 用 ” 。 在 這 篇 論 文 中 ， 圖 靈 給 “ 可 計 算 性 ” 下了 一 個 嚴(yán) 格 的 數(shù) 學(xué) 定 義 ， 并 提 出 了 “ 圖 靈 機 ” 的 設(shè) 想 。 1950年 ， 圖 靈 發(fā) 表 了 論 文 “ 計 算 機 器 與 智 能 ” 。 在 這篇 論 文 中 ， 圖 靈 提 出 了 “

30、機 器 思 維 ” 的 概 念 。 他 對 智 能問 題 從 行 為 主 義 的 角 度 給 出 了 定 義 ， 提 出 一 種 假 想 ： 一個 人 在 不 接 觸 對 方 的 情 況 下 ， 通 過 一 種 特 殊 的 方 式 和 對方 進 行 一 系 列 的 問 答 ， 如 果 在 相 當(dāng) 長 時 間 內(nèi) ， 他 無 法 根據(jù) 這 些 問 題 判 斷 對 方 是 人 還 是 計 算 機 ， 那 么 就 可 以 認(rèn) 為這 臺 計 算 機 具 有 同 人 相 當(dāng) 的 智 力 ， 即 這 臺 計 算 機 是 能 思維 的 。 這 就 是 著 名 的 “ 圖 靈 測 試 ” 。 Alan Tur

31、ing（ 1912-1954）計 算 機 與 人 工 智 能 之 父為 紀(jì) 念 圖 靈 在 計 算 機 領(lǐng) 域 做 出 的 巨大 貢 獻 ， 美 國 計 算 機 協(xié) 會 于 1966年設(shè) 立 了 圖 靈 獎 ， 專 門 獎 勵 那 些 對 計算 機 事 業(yè) 作 出 重 要 貢 獻 的 個 人 。 一般 每 年 只 獎 勵 一 名 計 算 機 科 學(xué) 家 ，只 有 極 少 數(shù) 年 度 有 兩 名 合 作 者 或 在同 一 方 向 作 出 貢 獻 的 科 學(xué) 家 共 享 此獎 。 圖 靈 獎 是 計 算 機 界 最 負(fù) 盛 名 的獎 項 ， 有 “ 計 算 機 界 諾 貝 爾 獎 ” 之稱 。 2

32、000年 的 圖 靈 獎 得 主 姚 期 智 成為 首 獲 該 獎 項 的 華 人 。 2006年 的 圖靈 獎 得 主 法 蘭 西 斯 艾 倫 則 是 首 位獲 得 該 獎 項 的 女 性 。 John Von Neumann（ 1903-1957）現(xiàn) 代 電 子 計 算 機 之 父1945 1946年 期 間 ， 馮 諾 依 曼 先 后 發(fā)表 了 學(xué) 術(shù) 報 告 “ 101頁 報 告 ” 和 “ 電 子計 算 機 邏 輯 設(shè) 計 初 探 ” 。 這 兩 篇 報 告 的綜 合 設(shè) 計 思 想 便 是 著 名 的 “ 馮 諾 依 曼結(jié) 構(gòu) ” 。 報 告 明 確 指 出 ：計 算 機 采 用

33、二 進 制 ， 不 但 數(shù) 據(jù) 采 用 二進 制 ， 指 令 也 采 用 二 進 制 ；計 算 機 由 運 算 器 、 控 制 器 、 存 儲 器 、輸 入 部 件 和 輸 出 部 件 5個 部 分 構(gòu) 成 ；程 序 由 指 令 組 成 ， 并 和 數(shù) 據(jù) 一 起 存 放在 存 儲 器 中 ， 計 算 機 按 照 程 序 指 定 的 邏輯 順 序 ， 把 指 令 從 存 儲 器 中 讀 出 并 逐 條執(zhí) 行 ， 從 而 自 動 完 成 程 序 描 述 的 處 理 工作 。 （ 即 “ 存 儲 程 序 ” 思 想 ） 采 用 二 進 制 代碼 表 示 數(shù) 據(jù) 程 序 存 儲 由 運 算 器 、

34、存 儲器 、 控 制 器 、 輸入 設(shè) 備 和 輸 出 設(shè)備 組 成馮 諾 依 曼 原 理計 算 機 的 基 本 工 作 原 理 存 儲 器輸 入 設(shè) 備 運 算 器控 制 器 輸 出 設(shè) 備計 算 機 的 5個 功 能 組 件存 放 數(shù) 據(jù)和 程 序 指 令 將 二 進 制 代 碼 轉(zhuǎn) 換為 相 應(yīng) 的 源 信 息 形式 ； 輸 出 數(shù) 據(jù) 信 息識 別 并 分 析 指 令 ；向 相 關(guān) 功 能 組 件 發(fā) 送操 作 指 令 ；實 現(xiàn) 程 序 控 制 ， 協(xié) 調(diào)各 部 分 工 作 ；是 計 算 機 的 控 制 中 心將 原 始 數(shù) 據(jù) 和 程 序 輸入 到 計 算 機 內(nèi) 部 ， 轉(zhuǎn)換 成

35、為 二 進 制 代 碼 進 行 算 術(shù) 運 算 和 邏 輯運 算 磁 盤 打 印 機輸 入程 序 和原 始 數(shù) 據(jù) 輸 出運 算 結(jié) 果數(shù) 據(jù) 流 線 控 制 流 線鍵 盤2*3 6 62*3 外 部 存 儲 器 輸 出 設(shè) 備 運 算 器 和 控 制 器內(nèi) 部 存 儲輸 入 設(shè) 備 馮 諾 依 曼 計 算 機 工 作 原 理 計 算 機 系 統(tǒng) 組 成通 常 計 算 機 系 統(tǒng) 由 硬 件 系 統(tǒng) 和 軟 件 系 統(tǒng) 組 成 。 以 微 型 計算 機 為 例 ， 其 硬 件 系 統(tǒng) 一 般 由 主 機 和 外 部 設(shè) 備 組 成 。硬 件 系 統(tǒng) 主 機外 部 設(shè) 備 中 央 處 理 器 (

36、CPU)內(nèi) 存 儲 器機 箱 和 電 源主 板輸 入 設(shè) 備 （ 鍵 盤 、 鼠 標(biāo) 、 掃 描 儀 等 ） 輸 出 設(shè) 備 （ 顯 示 器 、 打 印 機 等 ） 外 部 存 儲 設(shè) 備 （ 硬 盤 、 光 盤 、 閃 存 等 ）適 配 器 微 型 計 算 機 基 本 硬 件 結(jié) 構(gòu) 計 算 機 的 軟 件 系 統(tǒng) 由 系 統(tǒng) 軟 件 和 應(yīng) 用 軟 件 兩 部 分 組 成 。系 統(tǒng) 軟 件 是 管 理 、 監(jiān) 控 和 維 護 計 算 機 資 源 ， 使 硬 件 、 程序 和 數(shù) 據(jù) 協(xié) 調(diào) 工 作 ， 便 于 用 戶 使 用 計 算 機 的 軟 件 。 系 統(tǒng)軟 件 處 于 硬 件 和 應(yīng)

37、 用 軟 件 之 間 ， 相 當(dāng) 于 應(yīng) 用 軟 件 和 硬 件之 間 的 橋 梁 。 應(yīng) 用 軟 件 是 為 解 決 某 種 實 際 問 題 而 編 制 的計 算 機 程 序 及 其 相 關(guān) 文 檔 數(shù) 據(jù) 的 集 合 。軟 件 系 統(tǒng) 系 統(tǒng) 軟 件 應(yīng) 用 軟 件 操 作 系 統(tǒng)語 言 處 理 程 序數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng)服 務(wù) 程 序 計 算 機 系 統(tǒng)軟 件 系 統(tǒng) 硬 件 系 統(tǒng)系 統(tǒng) 軟 件 應(yīng) 用軟 件 主 機 外 部 設(shè) 備操 作系 統(tǒng) 語 言處 理程 序 服 務(wù)程 序 中 央 處理 器 內(nèi)存儲器 外 部存 儲設(shè) 備 輸 入設(shè) 備輸 出設(shè) 備用 戶應(yīng) 用程 序與 文檔 運

38、 算 器控 制 器 軟 件用 戶 應(yīng) 用 程 序 或 文 檔TextTextText TextTextText系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件用 戶 應(yīng) 用 程 序 或 文 檔系 統(tǒng) 軟 件 是 管 理 、 維 護 整 個 計 算機 系 統(tǒng) 的 軟 件 ； 保 證 計 算 機 各 組成 部 分 有 效 地 協(xié) 調(diào) 工 作 ， 保 證 用戶 應(yīng) 用 程 序 正 常 運 行計 算 機 系 統(tǒng) 軟 件 包 括 語 言 處 理 程序 ； 操 作 系 統(tǒng) ； 各 種 系 統(tǒng) 服 務(wù) 程序 ， 各 種 硬 件 設(shè) 備 的 驅(qū) 動 程 序?qū)?門 解 決 特 定 的 應(yīng) 用 問 題 ， 并 按 一 般 用戶 的 任 務(wù) 需

39、 求 編 制 而 成 的 各 種 應(yīng) 用 程 序由 專 門 人 員 設(shè) 計 編 制 ， 提 供 給 普 遍 的 用戶 使 用文 字 處 理 軟 件 ； 殺 毒 軟 件 ； 圖 形 圖 像 處理 軟 件 ； 多 媒 體 信 息 處 理 和 播 放 軟 件 ； 瀏覽 器 以 及 其 他 網(wǎng) 絡(luò) 信 息 服 務(wù) 軟 件用 戶 應(yīng) 用 程 序 是 應(yīng) 用 軟 件 的 一 個 特 例用 戶 為 解 決 具 體 問 題 而 自 己 使 用 計 算 機 語言 編 制 的 程 序 稱 為 用 戶 應(yīng) 用 程 序用 戶 使 用 應(yīng) 用 軟 件 創(chuàng) 建 的 數(shù) 據(jù) 文 件 稱 為 文檔 （ Word文 檔 、 C

40、程 序 文 檔 、 PPT文 檔 等 ） 軟 件語 言 包 含 命 令 和 規(guī) 則機 器 語 言 、 匯 編 語 言 、 高 級 語 言 程 序 是 一 系 列 命 令 的 有 序 集 合目 的 是 使 計 算 機 能 自 動 工 作可 以 使 用 不 同 的 計 算 機 程 序 設(shè) 計 語 言 編寫 程 序使 用 非 機 器 指 令 編 寫 的 程 序 ， 最 終 必 須 轉(zhuǎn) 換 為 機 器 指 令轉(zhuǎn) 換 （ 翻 譯 ） 由 專 門 的 系 統(tǒng) 軟 件 完 成 操 作 都 是 通 過 命 令 完 成命 令 有 多 種 書 寫 和 發(fā) 送 方 式計 算 機 能 直 接 識 別 的 命 令 是由

41、 二 進 制 代 碼 表 示 的 指 令命 令 語 言 程 序 計 算 機 語 言MOV A ,15ADD A ,10匯 編 語 言 ： A 15A A 10高 級 語 言 ： 10110000 00001111 00101100 00001010機 器 語 言 ： 執(zhí) 行 效 率高 低可 讀 性 ， 通 用 性低 高 計 算 機 工 業(yè) 生 態(tài) 鏈 摩 爾 定 律1 安 迪 -比 爾 定 律 2諾 威 格 定 律3 摩 爾 定 律IT業(yè) 界 流 傳 著 這 樣 一 個 故 事 ： 在 一 次 會 議 上 ， 比 爾 蓋 茨調(diào) 侃 通 用 汽 車 公 司 老 板 ， 說 如 果 汽 車 工 業(yè)

42、 能 夠 像 計 算 機 領(lǐng)域 一 樣 發(fā) 展 ， 那 么 今 天 買 一 輛 汽 車 只 需 25美 元 ， 一 升 汽 油能 跑 400公 里 。 這 個 故 事 說 明 了 計 算 機 和 整 個 IT行 業(yè) 的 發(fā)展 比 傳 統(tǒng) 產(chǎn) 業(yè) 快 得 多 。最 早 看 到 這 個 現(xiàn) 象 的 是 Intel公 司 的 創(chuàng) 始 人 戈 登 摩 爾 博士 。 早 在 1965年 他 就 指 出 ， 在 至 多 10年 內(nèi) ， 集 成 電 路 的 集成 度 會 每 兩 年 翻 一 番 。 后 來 ， 人 們 把 這 個 周 期 修 正 為 18個月 。 并 稱 之 為 摩 爾 定 律 。 摩 爾

43、定 律 ： 每 18個 月 ， 計 算 機 等 IT產(chǎn) 品 的 性 能 就 會 翻 一 番 ，或 者 說 相 同 性 能 的 計 算 機 等 IT產(chǎn) 品 ， 每 18個 月 價 格 就 會 降一 半 。幾 十 年 來 ， IT行 業(yè) 的 發(fā) 展 始 終 遵 循 著 摩 爾 定 律 預(yù) 測 的 速 度 。和 任 何 其 它 商 品 相 比 ， 制 造 IT產(chǎn) 品 所 需 要 的 原 材 料 非 常 少 ，成 本 幾 乎 是 零 。 IT行 業(yè) 硬 件 的 制 造 成 本 主 要 是 制 造 設(shè) 備 的成 本 。 摩 爾 定 律 主 導(dǎo) 著 整 個 IT產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 ：為 了 能 使 摩 爾

44、 定 律 成 立 ， IT公 司 必 須 在 比 較 短 的 時 間 內(nèi)完 成 下 一 代 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 。 這 就 要 求 IT公 司 必 須 在 研 發(fā) 上投 入 大 量 資 金 ， 使 得 每 個 產(chǎn) 品 的 市 場 不 會 有 太 多 的 競 爭者 。 比 如 在 微 機 處 理 器 領(lǐng) 域 只 有 Intel和 AMD。由 于 有 了 強 有 力 的 硬 件 支 持 ， 很 多 應(yīng) 用 不 斷 涌 現(xiàn) 。 比 如 ，20年 前 連 IBM的 大 型 機 都 無 法 勝 任 高 清 電 影 的 播 放 ， 現(xiàn) 在一 臺 普 通 的 筆 記 本 電 腦 就 能 夠 輕 松 做 到

45、。摩 爾 定 律 使 得 各 個 公 司 現(xiàn) 在 的 研 發(fā) 必 須 針 對 多 年 后 的 市場 。 這 使 得 我 們 有 理 由 相 信 10年 后 ， 家 庭 上 網(wǎng) 的 速 度 將提 高 1000倍 。 安 迪 -比 爾 定 律安 迪 即 Intel公 司 的 原 CEO安 迪 格 羅 夫 ， 比 爾 就 是 微 軟 創(chuàng)始 人 比 爾 蓋 茨 。 在 過 去 30多 年 ， Intel處 理 器 的 性 能 每18個 月 翻 了 一 番 ， 計 算 機 內(nèi) 存 和 硬 盤 的 容 量 也 以 更 快 的 速度 在 增 長 。 但 是 ， 微 軟 的 操 作 系 統(tǒng) 以 及 其 它 應(yīng)

46、 用 軟 件 也 是越 做 越 大 。 所 以 ， 現(xiàn) 在 的 計 算 機 雖 然 比 10年 前 快 了 100倍 ，但 運 行 軟 件 時 感 覺 上 還 是 和 以 前 差 不 多 。 更 糟 糕 的 是 ， 用戶 發(fā) 現(xiàn) ， 如 果 不 更 新 計 算 機 ， 很 多 新 的 軟 件 將 無 法 使 用 。 安 迪 -比 爾 定 律 說 明 ， 硬 件 性 能 的 提 升 被 軟 件 耗 用 了 。 之所 以 出 現(xiàn) 這 種 情 況 ， 一 是 現(xiàn) 在 的 軟 件 開 發(fā) 模 式 和 過 去 大 為不 同 ， 為 了 提 高 軟 件 開 發(fā) 效 率 ， 軟 件 開 發(fā) 人 員 對 計

47、算 機 資源 不 再 精 打 細(xì) 算 ； 二 是 許 多 新 的 應(yīng) 用 本 身 就 比 較 耗 用 資 源 ，例 如 視 頻 和 動 畫 。安 迪 -比 爾 定 律 把 原 來 屬 于 耐 用 消 費 品 的 電 腦 、 手 機 等 商品 變 成 了 消 耗 性 商 品 ， 刺 激 著 整 個 IT產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 。 諾 威 格 定 律美 國 計 算 機 協(xié) 會 資 深 會 員 、 人 工 智 能 專 家 彼 得 諾 威 格 博士 曾 說 過 ， 當(dāng) 一 家 公 司 的 市 場 占 有 率 超 過 50%后 ， 就 無 法使 市 場 占 有 率 翻 番 了 。 這 個 淺 顯 易 懂 的

48、 道 理 道 出 了 許 多 跨國 公 司 興 衰 的 根 源 。和 傳 統(tǒng) 產(chǎn) 業(yè) 不 一 樣 ， IT公 司 非 常 容 易 早 熟 ， 可 能 用 不 了 幾年 就 成 長 到 了 飽 和 狀 態(tài) 。 對 于 一 個 在 全 球 某 個 領(lǐng) 域 占 主 導(dǎo)地 位 的 公 司 ， 如 果 不 能 及 早 預(yù) 見 市 場 的 飽 和 性 是 很 危 險 的 。當(dāng) 年 朗 訊 公 司 已 經(jīng) 占 領(lǐng) 了 美 國 程 控 交 換 機 的 大 半 江 山 ， 依然 夢 想 著 在 這 個 已 經(jīng) 開 始 萎 縮 的 市 場 上 快 速 成 長 ， 回 避 現(xiàn)實 ， 最 終 導(dǎo) 致 了 企 業(yè) 衰 亡 。 諾 威 格 定 律 決 定 了 在 一 個 市 場 占 有 主 導(dǎo) 地 位 的 公 司 ， 必須 不 斷 開 拓 新 的 財 源 ， 才 能 做 到 長 盛 不 衰 。 到 目 前 為 止 ，開 拓 新 的 財 源 ， 有 效 的 途 徑 只 有 兩 條 ： 延 伸 現(xiàn) 有 業(yè) 務(wù) 和轉(zhuǎn) 型 。 例 如 ， 微 軟 從 操 作 系 統(tǒng) 軟 件 Windows延 伸 到 辦 公軟 件 Office， 而 GE則 從 一 個 電 器 公 司 轉(zhuǎn) 型 到 了 傳 媒 和 金融 公 司 。