Coursera課程筆記----計算導論與C語言基礎----Week 2

計算機的歷史與將來（Week 2）

計算機歷史

早期計算機：手工計算器➡️機械計算器➡️計算機原型

現代計算機：電子管計算機➡️晶體管計算機➡️集成電路計算機➡️超大規模集成電路

早期的手工計算輔助工具

功能：標記計算過程，記錄計算結果，輔助數字計算

缺點：沒法記錄計算法則，沒法設定計算步驟

帕斯卡加法器：一種齒輪裝置，能作6位加法和減法

萊布尼茲：提出二進制，其加法器可以進行四則運算，到1

巴貝奇：製做出差分機，機器分位堆棧，運算器，控制器

Hollerith製表機，電子穿孔卡片彙總

電氣元件的計算機原型：Z一、Z二、Z3 Zuse發明的

廣泛認爲的「第一臺計算機」——ENIAC

缺點：不是存儲程序式的計算機，編程經過手工插接線進行

從ENIAC到EDVAC——電子離散變量自動計算機

John von Neumann發明世界第一臺存儲程序計算機，是現代全部計算機的原型和範本

計算機發展目標

早期目標：如何實現自動的計算

當前目標：如何下降計算的成本

第一代計算機 1940～1950

使用真空管存儲數據，響應比機械快，體積大、耗能高、易燒壞

第二代計算機 1950～

貝爾實驗室發明晶體管存儲數據，體積小，成本和功耗低

產生了不可移植的操做系統，產生了Fortran、Cobol

第三代計算機 1965～

德州儀器發明集成電路，操做系統可移植，產生了C語言

第四代計算機 1970～

超大規模集成電路，更快更小更便宜

摩爾定律

芯片密度每18個月增長一倍，CPU性價比大約18個月翻一番

計算機分類

微型計算機（Workstation、PC）

服務器（小型機，中型機）

大型計算機、巨型計算機（超級計算機）

新型計算模式——雲計算

將來的計算——從摩爾定律到量子計算機

摩爾定律還能堅持多久？

遇到的障礙：散熱、晶體管大小限制、電泄漏

摩爾定律失效之後

全新的計算機理論和計算模式：量子計算機、生物計算機

量子計算

量子計算的提出：Richard Phillips Feynman 提出利用量子體系實現通用計算的想法

模擬量子物理世界所需的計算能力遠遠超過了經典計算機所能達到的能力

經典計算：一個比特某一時刻只能保持一種狀態（0或1），例：n個比特某一時刻只能存儲2^n個數之一，計算過程是接受一個輸入數據，完成一次運算，輸出一個結果

量子計算：一個量子比特能夠同時保持多種狀態，例：n個量子比特某一時刻可存儲所有2^{n個數，計算過程是同時接受2}n個輸入數據，同時完成運算，輸出2^n個結果

實現難點：與外界環境隔離才能保持良好的相干性⬅️矛盾➡️與外界環境良好耦合才能控制演化並讀出結果

計算機領域的十五年週期律

1965 大型機的出現 1980 計算機的普及 1995 互聯網的普及