计算机的历史与未来（Week 2）
计算机历史
早期计算机：手工计算器➡️机械计算器➡️计算机原型
现代计算机：电子管计算机➡️晶体管计算机➡️集成电路计算机➡️超大规模集成电路
早期的手工计算辅助工具
功能：标记计算过程，记录计算结果，辅助数字计算
缺点：无法记录计算法则，无法设定计算步骤
帕斯卡加法器：一种齿轮装置，能做6位加法和减法
莱布尼兹：提出二进制，其加法器能够进行四则运算，到1
巴贝奇：制作出差分机，机器分位堆栈，运算器，控制器
Hollerith制表机，电子穿孔卡片汇总
电气元件的计算机原型：Z1、Z2、Z3 Zuse发明的
普遍认为的“第一台计算机”——ENIAC
缺点：不是存储程序式的计算机，编程通过手工插接线进行
从ENIAC到EDVAC——电子离散变量自动计算机
John von Neumann发明世界第一台存储程序计算机，是现代所有计算机的原型和范本
计算机发展目标
早期目标：如何实现自动的计算
当前目标：如何降低计算的成本
第一代计算机 1940～1950
使用真空管存储数据，响应比机械快，体积大、耗能高、易烧坏
第二代计算机 1950～
贝尔实验室发明晶体管存储数据，体积小，成本和功耗低
产生了不可移植的操作系统，产生了Fortran、Cobol
第三代计算机 1965～
德州仪器发明集成电路，操作系统可移植，产生了C语言
第四代计算机 1970～
超大规模集成电路，更快更小更便宜
摩尔定律
芯片密度每18个月增加一倍，CPU性价比大约18个月翻一番
计算机分类
微型计算机（Workstation、PC）
服务器（小型机，中型机）
大型计算机、巨型计算机（超级计算机）
新型计算模式——云计算
未来的计算——从摩尔定律到量子计算机
摩尔定律还能坚持多久？
遇到的障碍：散热、晶体管大小限制、电泄漏
摩尔定律失效以后
全新的计算机理论和计算模式：量子计算机、生物计算机
量子计算
量子计算的提出：Richard Phillips Feynman 提出利用量子体系实现通用计算的想法
模拟量子物理世界所需的计算能力远远超过了经典计算机所能达到的能力
经典计算：一个比特某一时刻只能保持一种状态（0或1），例：n个比特某一时刻只能存储2^n个数之一，计算过程是接受一个输入数据，完成一次运算，输出一个结果
量子计算：一个量子比特可以同时保持多种状态，例：n个量子比特某一时刻可存储全部2n个数，计算过程是同时接受2n个输入数据，同时完成运算，输出2^n个结果
实现难点：与外界环境隔离才能保持良好的相干性⬅️矛盾➡️与外界环境良好耦合才能控制演化并读出结果
计算机领域的十五年周期律
1965 大型机的出现 1980 计算机的普及 1995 互联网的普及