信息技术发展历程(激动人心的信息技术诞生与成长简史)

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信息技巧发展过程(冲动人心的信息技巧出生与成长简史)

1623年,德国科学家施卡德(Wilhelm Schickard)建造降生界已知的第一部机械式盘算器,这部机械改进自时钟的齿轮技巧,能进行六位数的加减,并经由钟声输出答案,因此又称为「算数钟」。该机器应用11个完全的、6个不完全的链轮进行加法运算,并能借助对数表进行乘除运算。但不幸在即将完成时被毁。

1642年,法国哲学家、数学家、和物理学家帕斯卡创造了能够做加减运算的加法机,该机器可以主动进行竖式借位运算。帕斯卡将机器复制了50部,但其中的大多数成了富有人家客厅中引人好奇的陈设。

帕斯卡的盘算机

17世纪德国天才数学家、哲学家莱布尼茨(Leibniz)知道了帕斯卡的加法器后,设计了一种特别齿轮传动装置,他创造并制作出了乘法器。

莱布尼茨的乘法器

莱布尼兹的乘法器用到了二进制。据说,莱布尼茨的二进制想法来自康熙给德国皇帝的八卦图。莱布尼茨不但为盘算机引入了二进制,他还是二值逻辑的开创人。从此,人们可以用数字来表现逻辑的真假了。帕斯卡和莱布尼茨的盘算机都是机械装置,他们的盘算机是人类试图制作思维的帮助工具的最初尝试。这些盘算机现在还能在博物馆里见到。

1725年,法国纺织工人鲁修为便于转织图样,在织布机套上穿孔纸带,他的合作伙伴则在1726年着手改进设计,将纸带换成相互串连的穿孔卡片,以此到达仅需手工进料的半主动化生产。

1801年,法国人雅卡尔创造提花织布机,应用打孔卡掌握织花图样,与前者不同的是,这部织布机变革连串的卡片时,无需更动机械设计,此乃可编程化机器的里程碑。

雅卡尔提花织布机

美国宪法规定每十年必需进行一次人口普查,1880年排山倒海的普查资料就消费了8年时光处置剖析,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,应用打孔卡储存资料,再由机器感测卡片,协助美国人口调查局对统计资料进行主动化制表,成果不出3年就完成户口普查工作。

真正现代意义上的盘算机,是1822年由英国科学家巴贝奇制作出来的第一台差分机(专供盘算多项式用的齿轮式加法器),它能处置三个不同的五位数,盘算精度达六位小数。

巴贝奇的差分机

在盘算机构造上,巴贝奇于1834年给出了现代盘算机的根本构造:堆栈、处置器、掌握器。不久,巴贝奇依照这一构造理念造出了一台称为剖析机的盘算机。这台盘算机也是第一台须要软件来掌握的盘算机,他的助手,英国有名诗人拜伦的独生女阿达奥古斯塔(Ada Augusta)为这台盘算机编制了人类历史上的第一批软件程序。阿达和巴贝奇为近代盘算机奠定了坚实的基本。他们的盘算机构造理念,比当时的人超前了一个世纪。堆栈、处置器、掌握器和软件的概念一直沿用至今。阿达当年编制的软件中的一些算法也被沿用至今,为了纪念这位盘算机和软件先驱,美国军方创造的一种盘算机语言就是以她的名字“阿达”命名的。

剖析机是一部一般用处的可编程化盘算机,可编程化是通用盘算机的主要定义,即只要变革指令的储存序列,通用盘算机就能模仿其它情势的盘算机。

尽管巴贝奇幻想中的盘算机未能正式问世,但他为后人留下了一份极为名贵的遗产,那是数十种十分超前的设计计划和面对艰苦时不屈不挠的精力。

现代电子盘算机的发展有几个组成部分:

一是盘算机理论,即盘算机的可能性,以及盘算机功效的界线;

二是基本器件,即最小的盘算器件,或者说最小的物理操作步骤,如今通用的最小盘算器件是晶体三极管,它是一个最简略的开关电路;

三是电路设计,即如何用晶体三极管开关电路实现逻辑功效;

四是人机界面,即操作体系;

五是运用软件,即盘算机语言和运用程序。

1847年,英国数学家乔治布尔(George Boole)发表了数值逻辑的奠基性著作《逻辑的数学剖析》(The Mathematical Analysis of Logic)。数值逻辑从此成了一门准确的数学学科。1854年,布尔发表了名著《思维规律的研讨——逻辑与概率的数学基本》(The Laws of Thoughts),创建了一门全新的学科——布尔代数(Boolean Algebra),它是数字盘算机设计中开关电路设计的数学办法和理论基本。

真正把布尔代数运用到电路设计上来,要到1938年。这一年,麻省理工的年青教授克劳德艾尔伍德香农(Claude Elwood Shannon)发表了他的硕士论文《继电器和开关电路的符号剖析》(A Symbolic Analysisof Relay and Switching Circuits),他把开关电路树立在布尔代数的基本上,证明了继电器这一简略的开关电路可以实现所有以布尔代数为基本的逻辑运算,并给出了实现四则运算的电路设计。该论文是开关与逻辑电路理论和设计的开山之作。

1895年,英国工程师弗莱明应用爱迪生效应创造了真空管。从此,人类进入了微电子时期。1912年,美国创造家李福雷斯特在加州的帕洛阿尔托市发明了真空管的放大作用,为电子工业奠定了基本。1913年,麻省理工的教授万尼瓦尔布什制作出了第一台模仿式盘算机微分剖析仪。该盘算机靠电机驱动,并应用齿轮转动的角度来进行模仿盘算。

1936年11月12日,英国数学家阿兰图灵(Alan Turing)发表了盘算机理论的奠基性论文《论可盘算数及其在判定问题中的运用》(On Computable Numbers,with an Application to the Entscheidungs problem),说明了现代盘算机理论,从理论上定义了现代通用盘算机、可盘算性等主要概念。为了模仿人的运算进程,图灵指出一台能实现数字盘算和逻辑断定的机器必需具备以下功效:

①一条无穷长的纸带。纸带分为一个个格子,每个格子里有一个来自有限字母表的字母,字母表中有一个空白符号。纸带上的格子被编号为0,1,2,…,纸带一端可以无穷伸展。

②一个扫描器。扫描器能沿着纸带移动,能读出当前所在格子内的字母,并能转变该字母。

③一套掌握规矩。它依据图灵机的当前状况及当前扫描器读出的字母来决议扫描器的下一步动作,并转变状况存放器中存放的状况,令图灵机进入新状况。

④一个状况存放器。它用来保留图灵机的当前状况。图灵机的所有可能状况的数量是有限的,并且有一个特别状况——停机状况。

满足上面这4个条件的机器就是著名的图灵机。图灵在这篇论文中,以图灵机的情势定义了以通用算术为基本的一种情势语言。这种情势语言和奥地利数学家库尔特哥德尔(Kurt Godel)在1931年证明不完备性定理时给出的完整等价。

图灵

图灵机每一部分都有限,只是有一个无穷长的纸带,这是一个幻想装备。图灵以为这样的一台机器就能模仿人类所能进行的任意盘算进程。图灵对盘算机理论的主要贡献之一是给出了停机问题,即数理逻辑中的可盘算性问题。它问的是“能否断定任意一个程序会在有限时光内停止运行”这样一个问题。用数学语言来表现就是:给定一个程序P和输入I,程序P在输入I下是否会停滞。1936年,图灵证明了图灵定理——不存在可以断定停机问题的通用算法。证明给出了盘算机和程序的纯数学定义——图灵机。图灵定理告知我们,停机问题在图灵机上是不可判定问题。从数理逻辑的观点来看,停机问题说的就是一阶逻辑的不完备性。因此,图灵定理的实质是哥德尔不完备定理的另一种表述。图灵因其图灵机和图灵定理,被以为是盘算机科学之父。

图灵机实质是:一个有限状况机+在存储介质上进行读写操作。

1950年10月,图灵发表了一篇主要的论文《盘算机器与智能》(Computing Machinery and Intelligence),提出了著名的图灵测试(Turing Test),为人工智能奠定了基本,图灵因此被后人尊为人工智能之父。在第一代盘算机时期,这篇论文定义了第五代、第六代盘算机。

图灵不但在盘算理论上为现代盘算机奠定了基本,他在二战期间还为英国的军事情报局六处(MI-6)制作了一台名为“伟人”(bombe)的盘算机。并用该盘算机破译了德国的军事密码ENIGMA。后人对此的评价是,图灵的破译使盟国提前了2~4年停止了二战,同时为盟国避免了1400万~2100万人的逝世亡。

第一台电子盘算机的创造人是美国人约翰阿塔纳索夫(John Atanasoff)。他是名副其实的“电子盘算机之父”。阿塔纳索夫是艾奥瓦州立大学(Iowa State University)物理系教授。阿塔纳索夫和他的研讨生克利福德贝瑞(Clifford Berry)于1939年10月研制了人类第一台电子盘算机。

阿塔纳索夫把这台机器命名为ABC盘算机(Atanasoff-Berry Computer),其中,A、B分离取两人姓氏的首字母,C为盘算机的首字母。该盘算机为艾奥瓦州立大学的教授和研讨生们做出了很多微分方程的数值解。在阿塔纳索夫和贝瑞分开艾奥瓦州立大学前,他们制造出了两台可以运行的ABC盘算机。

ABC是第一台现代电子盘算机。阿塔纳索夫在设计这台盘算机时,提出了三个非常主要的设计理念:以二进制逻辑来实现数字运算,以保证精度;应用电子技巧来实现掌握逻辑运算、算术运算,以保证盘算速度;采取把盘算功效和二进制数更新存贮的功效相分别的构造。后来,掌握论之父维纳在此基本上提出了盘算机五原则:盘算机必需是数字式的;以电子器件为主;采取二进制;内部寄存盘算表;在盘算机内部存贮数据。这些理念直到现在仍然是设计盘算机的根本理念。

这两台ABC盘算机寄存在艾奥瓦州立大学物理系的储存室里,很快就被人遗忘了。1946年,两台盘算机的零件被拆下来移作他用,只有存储器留了下来。艾奥瓦州立大学没有为ABC盘算机申请专利,这也是后来创造权之争的根源。阿塔纳索夫的“电子盘算机之父”称号,不是因为他的创造在当时为人们所接收,而是因为法院做出的判决。阿塔纳索夫与有名的ENIAC盘算机的创造人约翰莫奇利(John Mauchly)和约翰埃克特(John Eckert),为了谁是第一台电子盘算机的创造人打了一场著名的官司,法院开庭了135次。1973年10月19日,法院宣告:“莫奇利和埃克特没有创造第一台电子盘算机,他们只是应用了阿塔纳索夫创造中的构思。”阿塔纳索夫早在1941年,就把他有关电子盘算机的假想告知过ENIAC的创造人莫奇利。莫奇利曾参观过阿塔纳索夫在艾奥瓦州立大学物理系的盘算机试验室。

ABC盘算机

1934年,德国人康拉德楚泽(Konrad Zuse)也开端制作盘算机。1938年,他完成了Z-1号机械盘算机,其速度与可靠性都很差。1941年,楚泽制作出了一台电子盘算机——Z-3电子盘算机,这是第一台可编程的电子盘算机,可处置7位指数、14位小数,应用了大批的真空管。它每秒钟能做3~4次加法运算,进行一次乘法运算须要3~5秒。

20世纪40年代,哈佛大学物理系的霍华德艾肯(Howard Aiken)也在斟酌设计通用的盘算机。当时IBM的总经理小沃森极具慧眼,赞助了艾肯的假想。1944年,艾肯研制出了MARK-1号盘算机,它有15万个元件和800公里的电线,每秒钟能进行200次以上运算。女数学家格雷丝霍珀(Grace Hopper)为它编制了盘算程序,该盘算机能解微分方程。

MARK-1号的问世实现了巴贝奇的夙愿,也是自帕斯卡盘算机问世以来机械和电动盘算机的最高程度。

同一时代,贝尔电话试验室的科学家斯蒂比茨(Stibitz)引导的一个研讨小组也在研制继电器式盘算机。1940年,他们制作出了复数盘算机(Complex Number Calculator,CNC),重要用于复数盘算。人们对它的运算才能很满意,但它是专用机,不是通用机。1944年起,斯蒂比茨的小组又花了3年时光建造了相似的通用机。1946年,CNC正式运转,性能很好,是现代多处置机的始祖。

1940年9月,贝尔试验室在达特茅斯大学(Dartmouth College)演示M-1型机。他们把校园内的M-1型机和电报线相连,当场把一个数学问题解了出来并传输到了纽约。这是人类首次实现用盘算机进行远程掌握的妄想。

1946年,宾夕法尼亚大学的埃克特等人在ABC盘算机的启示下,研制出了那台著名的电子盘算机——Enica。它有17468只真空管,7200多个二极管,70000多个电阻,10000多只电容器和6000多只继电器,50多万个焊接点。机器被安装在一排2.75米高的金属柜子中,占地面积170平方米左右,重30吨,运算速度每秒钟5000次加法,能在0.003秒时光内完成两个10位数乘法。当时最快的盘算机做40点弹道盘算须要两小时,埃尼阿克只需3秒钟,实乃奇迹。埃尼阿克并不完美,它没有存储器,只有存放器,仅能存放10个数码,而且耗电惊人。当时的一个笑话说,只要它一开机,全部费城的路灯都会变暗。尽管埃尼阿克很简陋,但是它象征着第一代电子盘算机的出生。

关于盘算机理论、盘算机的可能性以及盘算机功效的界线我们有了图灵的理论;而盘算机的基本器件,即真空管也已经成熟了,尽管它还很慢,但是已经远胜机械装备了;而实现逻辑功效的基本电路已经经由香农的理论打好了基本,香农的那些开关电路可以实现任何逻辑功效。

1952 年1月,冯.诺伊曼(Von Neumann)设计的IAS电子盘算机EDVAC问世。这台IAS盘算机总共采取了2300个电子管,运算速度却比拥有18000个电子管的“埃尼阿克”进步了10倍,冯.诺伊曼存储程序掌握的假想在这台盘算机上得到了美满的体现。

冯诺依曼在1943年就提出了“存储程序通用电子盘算机计划”,提出了“存储程序掌握”的构想,也就是将程序存储到可寻址的内存,由掌握器依次取指,译码,发生掌握信号进而掌握全部盘算机的运转进行数据处置,具体到硬件就是处置器、主板、内存、硬盘的电脑组合方法。到了这里,我们的盘算机技巧才正式步入时期的大舞台。

图灵Alan Turing——盘算机科学之父
查尔斯巴贝奇Charles Babbage——通用盘算机之父
约翰阿坦那索夫John Vincent Atanasoff——电子盘算机之父
约翰冯诺依曼John von Neumann——现代盘算机之父

1959年2月6日, 来自曾开发出第一台晶体管收音机的TI公司的基尔比(J.Kilby) 向美国专利局申报专利“半导体集成电路”。

1960年,麻省理工学院教授约瑟夫.立克里德(J.Licklider)发表了有名的盘算机研讨论文《人机共生关系》,从而提出了分时操作体系的构想,并第一次实现了盘算机网络的假想。
1962年,供职于蓝德公司的保罗.巴兰发表了一篇具有里程碑式意义的学术报告《论散布式通讯》,在文中他首次提出了“散布式自适应信息块交流”,这就是我们现在称之为“分组交流”的通信技巧。

1964年 4月7日,在IBM成立50百思特网周年之际,由年仅40岁的吉恩.阿姆达尔(G. Amdahl)担负主设计师,历时四年研发的IBM360盘算机问世,标记着第三代盘算机的全面登场,这也是IBM历史上最为胜利的机型。

1965年:DEC公司推出了PDP-8型盘算机,标记着小型机时期的到来。

1966年,时任美国国防部高等研讨计划属(ARPA)信息处置技巧办公室(IPTO)主管的鲍伯.泰勒启动了“阿帕”(ARPA)网的研讨筹划。虽然他本人在事后一直强调“阿帕”网本身不是用于军事目标,但是他所在的部门却是冷战时代的产物。
1968年,IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技巧,探讨对硬盘技巧做重大改革的可能性。

1968年12月9日,美国加利福尼亚大学的恩格巴特(Douglas Englebart)博士创造了世界上第一只鼠标。它的工作原理即通过底部小球的滚动带动枢轴转动,并带动变阻器转变阻值来发生位移信号,信号经盘算机处置,屏幕上的光标就可以移动。
恩格巴特博士设计鼠标的初衷就是想通过这种简便的操作方法来取代繁琐的键盘操作,但是在鼠标出生最初的十多年中人们并没有认识到这种操作方法的简便性,直到1984年苹果Macintosh的出生才转变了人们的陈腐观念。

1969年,贝尔试验室的ken Thompson,Dennis Ritchie在一部PDP-7上开发了Unix操作体系。

1969年10月29日百思特网,阿帕网美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)节点与斯坦福研讨院(SRI)节点实现了第一次分组交流技巧的远程通信,这也标记着互联网的正式出生。

1969年10 月,美国施乐(Xerox)公司在2021-09-28 硅谷的帕洛阿托成立了 Palo Alto Research Center(PARC)研讨中心,更为主要的是施乐并没有为来到这里的科学家制订任何地研讨筹划,而是让他们自由得施展。在此后的几年中,PARC出生了以(原创www.isoyu.com版权)太网、鼠标、面相对象、图标、菜单、视窗等等一系列转变今后盘算机发展方向的全新概念,并间接孵化了Windows、Office、Macintosh等划时期的软件作品,从其间走出的科学家还创建了Adobe、3Com、Novell等等转变IT世界格式的企业。

1971年1月,INTEL的特德.霍夫研制胜利了第一枚能够实际工作的微处置器4004,该处置器在面积约12平方毫米的芯片上集成了2250个晶体管,百思特网运算才能足以超过ENICA。Intel于同年11月15日正式对外颁布了这款处置器。

1972年:曾经开发了Unix操作体系的Dennis Ritchie引导开发出C语言。

1973年5月22日,由施乐PARC研讨中心的鲍伯﹒梅特卡夫(Bob Metcalfe)组建的世界上第一个个人盘算机局域网络--ALTO ALOHA网络开端正式运转,梅特卡夫将该网络改名为“以太网”。

1974年4月1日,Intel推出了自己的第一款8位微处置芯片8080。
1974年12月,电脑喜好者爱德华.罗伯茨(E.Roberts)宣布了自己制造的装配有8080处置器的盘算机“牛郎星”,这也是世界上第一台装配有微处置器的盘算机,从此掀开了个人电脑的序幕。

1975年7月,比尔.盖茨(B.Gates)在胜利为牛郎星配上了BASIC语言之后从哈佛大学退学,与好友保罗.艾伦(Paul Allen)一同开办了微软公司,并为公司制订了斗争目的:“每一个家庭每一张桌上都有一部微型电脑运行着微软的程序!”
1976年4月1日,斯蒂夫.沃兹尼亚克(Stephen Wozinak)和斯蒂夫.乔布斯(Stephen Jobs)共同创建了苹果公司,并推出了自己的第一款盘算机:Apple-Ⅰ。

1981年8月12日,经过了一年的艰难开发,由后来被IBM内部尊称为PC机之父的唐.埃斯特奇(D.Estridge)引导的开发团队完成了IBM个人电脑的研发,IBM宣告了IBM PC的出生,由此掀开了转变世界历史的一页。

1981年8月12日,微软推出来MS-DOS 1.0版。

1982年2月, Intel宣布80286处置器。时钟频率进步到20MHz,并增长了掩护模式,可拜访16M内存。支撑1GB以上的虚拟内存。每秒履行270万条指令,集成了134000个晶体管。

1982年9月29日,3Com公司推出了世界上第一款网卡-EtherLink网络接口卡,这也是世界上第一款运用于IBM-PC上的ISA接口网络.

1983年1月,苹果公司推出了研制费用高达5000万美元的丽萨(Lisa)电脑,这也是世界上第一台商品化的图形用户界面的个人盘算机,同时这款电脑也第一次配备了鼠标。

5月8日,IBM推出了IBM PC的改良型号IBM PC/XT,并为其内置了硬盘。

1984年,来自英国的Adlib Audio公司推出了第一款声卡:魔奇声卡,从而让PC拥有了真正的发声才能。

1984年,1月24日,苹果公司推出了划时期的Macintosh盘算机,不仅首次采取了图形界面的操作体系,并且第一次使个人盘算机具有了多媒体处置才能。

1985年,Philips和Sony合作推出CD-ROM驱动器。

1985年,intel公司推出了盘算机历史上有着举足轻重位置的80386处置器,这也是intel公司的第一枚32位处置器。

1985年11月,在阅历了多次延期之后,微软公司终于正式推出了Windows操作体系。

1986年,9月,康柏公司第一次领先于IBM推出桌上型386个人电脑Deskpro PC,这在当时引起了不小的轰动。

1989年4月10 日,英特尔公司在拉斯维加斯电脑大展上首度发表集成有120万晶体管的486处置器。

1991年10月5日,来自芬兰的大学生Linus.Torvalds开发出了一种基于UNIX的操作体系-Linux,并且将源代码全体公开于互联网上,从而引发了席卷全世界的源代码开放活动,Linux本身在经过全世界无数程序员的改良后也逐渐成长为一个成熟的操作体系,并在全世界逐渐的风行开来。

1993年3月2日,我国接入Internet的第一根专线,中科院高能物理研讨所租用ATT公司的国际卫星接入美国斯坦福线性加速器中心的64K专线正式开通。
1993年3月22日,Intel公司正式宣布奔跑(pentium)处置器。初期宣布的奔跑集成了300多万个晶体管,工作在60-66MHz,每秒钟可履行1亿条指令。

1993年,微软宣布了Windows NT操作体系,这也是第一个不依附于DOS 的视窗操作体系。

1994年3月,Linux 1.0宣布,代码量17万行,当时是依照完整自由免费的协定宣布,随后正式采取GPL协定。至此,Linux的代码开发进入良性循环,越来越多的人开端在自己的PC上尝试Linux操作体系。

1995年3月,美国华裔青年杨致远和同在斯坦福大学的同窗戴维.菲洛( David.Filo)共同开办了Yahoo公司。

1995年8月24日,微软公司正式向全世界推出了划时期的Windows95操作体系。这次宣布微软采取了全球各地同时宣布的方法,并斥资5亿美元作为宣扬费用,创下了软件宣扬费用的历史之最,而Windows95的宣布,也首创了一个全新的wintel联盟。

1996年2月,sun公司正式对外宣布了Java语言,比尔.盖茨以为:“Java是有史以来最为卓著的编程语言。

1998年6月25日,身处美国司法部反垄断案困扰中的微软公司宣布了其最新的盘算机操作体系Windows 98,并且不顾司法部的极力反对而在体系中同样捆绑了IE阅读器。

1998年8月24日,intel推出了装有二级高速缓存的赛扬A处置器,这就是日后被众多DIYer捧上神坛的赛扬300A。

1999年9月1日,Nvidia公司推出了GeForce256显示芯片,并提出了GPU的全新概念。

2000年1月1日,全世界都在期待,嘿嘿,千年虫并没有爆发。2月17日,美国微软公司正式宣布Windows2000。

2001年10月25日,微软推出Windows XP操作体系,比尔.盖茨宣告:“DOS时期到此停止。” Windows XP的宣布,也推进了身处低潮的全球PC硬件市场。

写在最后:

信息技巧的出生和发展是从盘算理论、硬件、软件三者相互交织、相互增进而发展的。

盘算理论的奠基方面重要是布尔代数、开关电路、图灵机、“存储程序掌握”构想等。

硬件方面,是逐步往小型化、价钱低廉化的方向发展的,这样才有普及的可能。逻辑元件更是阅历了机械的继电器,到电子管、晶体管、集成电路,网络化等。

软件方面从程序掌握、到高等编程语言、操作体系、盘算机网络协定等。

近两百年人类在信息技巧方面的造诣可以说是无与伦比的。