计算的脚步
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天津武清
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作者王元卓 陆源 包云岗
出版社机械工业出版社
ISBN9787111711476
出版时间2022-08
装帧精装
开本16开
定价109.8元
货号29443393
上书时间2024-12-16
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前言
前言
从20世纪40年代现代计算机诞生至今的70多年，尤其是互联网应用飞速发展的近20年，人类社会经历了深刻的改变。计算无处不在、计算赋能万物，数字文明时代已经来临。今年是中国计算机学会（CCF）成立60周年，CCF作为一个学术共同体，其诞生和发展伴随了中国计算机事业的发展全程。从某种意义上讲，CCF是中国计算机事业诞生和发展的一个缩影。如今CCF已经成长为我国活力与影响力的国家一级学会之一，也是富历史使命感的学术团体之一，CCF高度重视科学普及工作，将“大众化”作为学会发展的6个“化”发展战略之一，大力推动计算领域的科普工作，提升大众的数字素养和数字生存、工作能力。2020年，CCF成立了科学普及工作委员会，我有幸担任工委主任开始全面推动CCF的科普工作。目前，科学普及工作委员会已经形成了以“CCF群星计划”为核心，包括CCF计算机科普丛书、CCF科普视频大赛、CCF科普教育基地、CCF走进中小学、CNCC科普论坛、信息科学基础教育在内的六大品牌活动。已累计惠及数亿人次，受到了大众的广泛关注。
“计算的三部曲”是CCF计算机科普丛书中的套图书，也是献礼CCF 60周年的一套面向大众的计算机科普读物。本套图书共有三册，分别是《计算的脚步》《计算的世界》和《计算的未来》。其中，《计算的脚步》以手绘的方式，呈现计算装置与计算思维发展的历程《计算的世界》以科普文章的方式，介绍当前人们的衣、食、住、行中无处不在的计算技术《计算的未来》以科幻短文的方式，畅想计算科学未来的发展愿景。希望通过“计算的三部曲”，以专业的视角和生动的方式，为读者呈现计算机科学与技术的全景视图。
《计算的脚步》作为本套书的册，共分7个部分介绍了计算技术和装置发展的历史长卷，让读者跟随计算的脚步，展望计算机发展的未来方向。
部分 早期计算装置
人类文明的发展离不开计算工具的不断演化和革新，人类将绳子、石子、木棍等作为工具延长了手指的计算能力，继而发明了算盘、计算尺等计算工具。本书首先从这些早期辅助计算的工具出发，逐步展开整幅计算技术发展的历史长卷。
第二部分 机械式计算装置
17世纪，欧洲出现了应用了齿轮技术的计算工具。试图用机械来模拟人的思维活动，以及寻找输入信息和控制工具的机械方法的，都是程序设计思想的萌芽，使计算装置从手动机械跃入自动机械的新时代。在机械计算装置部分，本书选取了计算钟、乘法器、自动提花机、差分机、分析机等具有代表性的计算装置。其中巴贝奇设计的分析机能够自动解算100个变量的复杂算题，为现代计算机设计思想的发展奠定了基础。
第三部分 机电式计算装置
随着科技的发展，机电技术取代了纯机械装置，人类制造出台可以自动进行加减四则运算、累计存档、制作报表的计算装置——制表机，并次利用计算工具进行了大规模的统计工作。除了制表机，本书还选取了图灵机、马克一号来讲述这一阶段的发展。其中，图灵机概念为值得关注，图灵证明了机器可以完成人类能完成的计算工作。自此，计算机有了真正坚实的理论基础。
第四部分 电子管计算机
20世纪40年代，电子计算机的时代到来。代电子计算机使用真空电子管和磁鼓储存数据，所使用的操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有各自不同的机器语言，导致功能受到限制，速度也慢。第四部分先介绍了台通用电子计算机ENIAC，之后分别介绍了Manchester Baby、103机、107机等国内外具有代表性的电子管计算机。
第五部分 晶体管计算机
进入第二代电子计算机阶段，体积庞大的电子管被晶体管取代，并采用碳芯存储器。体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。第五部分介绍了CDC 6600、TX-0、ATLAS、109乙机、441-B和在我国两弹试验中发挥了重要作用、被称为“功勋机”的109丙机。
第六部分 集成电路计算机
集成电路计算机又可以分为以小、中规模集成电路为主要功能部件的第三代电子计算机，和以大规模、超大规模集成电路为主要功能部件的第四代电子计算机。
第三代电子计算机阶段的主存储器采用半导体存储器，运算速度可达每秒几十万次至几百万次。这一阶段，美国BM公司研制了首个指令集可兼容计算机IBM System/360，我国也先后研制出台百万次集成电路计算机150机和开创了我国计算机工业系列化设计与生产的先河的DJS-130机。
第四代电子计算机阶段以台全面使用大规模集成电路的计算机LLAC-IV为标志，计算机的应用领域开始从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭生活和普通工作。这一阶段，我国研发的具有代表性的成果有长城0520CH、银河系列、天河系列、曙光系列和神威·太湖之光等，并通过它们介绍了我国在计算领域取得的令人瞩目的成绩。
第七部分 未来计算机
基于集成电路的计算机还在不断发展的同时，一些新型体系结构的计算机的研究工作也在加紧进行中，比如超导计算机、生物计算机、光子计算机和量子计算机等。未来，人们将会使用到体积更小、速度更快、更加智能化、能耗更少以及更加可靠的不同技术路线的计算机。
本书由我和陆源老师、包云岗老师共同撰写完成，书中的插图由插画师梁知音老师绘制。感谢各位创作者的共同付出和努力。
本书在创作过程中得到了CCF计算机科普丛书编委会的指导和帮助，感谢编委会主任孙凝晖院士大力支持并为本书作序。中国科学院计算技术研究所的孙晓明研究员、叶笑春研究员、谭光明研究员、唐光明副研究员、臧大伟副研究员也在本书成书过程中给予了很大帮助，在此表示深深的谢意。
北京西西艾弗信息科技有限公司（CCF Press）的副总经理梁伟和各位编辑为本书做了细致辛勤的编辑工作，对此表示诚挚的谢意。
由于时间和篇幅有限，书中对计算装置的划分和描述，可能还有不当之处，加之作者水平所限，书中如有错误和不足，恳请读者予以指正。
王元卓
2022年6月
导语摘要
计算机是20世纪*重要的科学技术发明之一，对我们的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并且依然以极快的速度持续发展，它的应用范围已扩展到社会的各个领域。尽管我们每天都与计算机相伴，但可能很多人都没了解过计算机的长达千年的发展历史，以及它与“计算技术”的密切关系。因此，我们梳理计算机的漫长发展历程，为读者展示在这个过程中诞生的众多里程碑式的计算设备以及相关的小知识。
通过本书，读者能够领略计算机发展的过去、现在和将来，从早期用于计算的一根根算筹，到之后的机械式计算机、机电式计算机、电子管计算机、晶体管计算机；再到现在被我们所广泛使用的集成电路式计算机；*后走向未来，畅想未来计算机的奇妙。
我们选择了40个具有里程碑意义的计算设备，以及多位缔造这些伟大发明的科学家，清晰、生动地描绘出计算机的发展之路，了解诸多知识与计算思维的同时，领会科学家们的思想与精神。
作者简介
王元卓，研究员、博士生导师，中科院计算技术研究所大数据研究院院长，中科院计算所科研处副处长。国科普作家协会副理事长，中国计算机学会理事、杰出会员，中国计算机学会科学普及工作委员会主任，中国计算机学会大数据专家委员会常务委员、大数据教材编委会委员。2019年被评为中国“十大科学传播人物”，2020年入选“*美科技工作者”全国候选人。科普畅销书《科幻电影中的科学：科学家奶爸的宇宙手绘》和《科幻电影的科学：科学家奶爸的AI手绘》作者。
陆源，北京科技大学控制工程硕士，主要研究方向大数据与社交网络。现就职于竞技世界网络技术有限公司，从事数据产品工作。科普畅销书《科幻电影中的科学：科学家奶爸的宇宙手绘》和《科幻电影的科学：科学家奶爸的AI手绘》的作者。
包云岗，博士，中国科学院计算技术研究所副所长、研究员，兼任先进计算机系统研究中心主任，中国科学院大学特聘教授，中国开放指令生态（RISC-V）联盟秘书长、RISC-V国际基金会理事会成员。中国开源芯片方向的倡导者与引领者，带领团队在国内率先开展了一系列开源芯片实践，成为开源处理器芯片方向上全球主要科研团队之一。在国科大启动 “一生一芯”计划，率先探索芯片人才培养的“硅上教学”新模式。曾获“CCF-IEEE CS”青年科学家奖、共青团中央“全国向上向善好青年”荣誉称号。
目录
目录
部分 早期计算装置
1 算筹
2 算盘
3 计算尺
第二部分 机械式计算机
4 计算钟
5 加法器
6 乘法器
7 穿孔纸带
8 自动提花机
9 差分机
10 分析机
11 Z1
第三部分 机电式计算机
12 制表机
13 图灵机
14 马克一号
第四部分 电子管计算机
15 ENIAC
16 Manchester Baby
17 103机
18 107机
19 119机
第五部分 晶体管计算机
20 CDC 6600
21 TX-0
22 ATLAS
23 109乙机
24 441-B机
25 109丙机
第六部分 集成电路计算机
26 IBM System/360
27 150机
28 DJS-130机
29 ILLIAC-IV
30 长城0520CH
31 银河一号
32 天河一号
33 曙光一号
34 曙光4000A
35 神威·太湖之光
第七部分 未来计算机
36 生物计算机
37 光子计算机
38 超导计算机
39 量子计算机
内容摘要
计算机是20世纪*重要的科学技术发明之一，对我们的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并且依然以极快的速度持续发展，它的应用范围已扩展到社会的各个领域。尽管我们每天都与计算机相伴，但可能很多人都没了解过计算机的长达千年的发展历史，以及它与“计算技术”的密切关系。因此，我们梳理计算机的漫长发展历程，为读者展示在这个过程中诞生的众多里程碑式的计算设备以及相关的小知识。
通过本书，读者能够领略计算机发展的过去、现在和将来，从早期用于计算的一根根算筹，到之后的机械式计算机、机电式计算机、电子管计算机、晶体管计算机；再到现在被我们所广泛使用的集成电路式计算机；*后走向未来，畅想未来计算机的奇妙。
我们选择了40个具有里程碑意义的计算设备，以及多位缔造这些伟大发明的科学家，清晰、生动地描绘出计算机的发展之路，了解诸多知识与计算思维的同时，领会科学家们的思想与精神。
主编推荐
王元卓，研究员、博士生导师，中科院计算技术研究所大数据研究院院长，中科院计算所科研处副处长。国科普作家协会副理事长，中国计算机学会理事、杰出会员，中国计算机学会科学普及工作委员会主任，中国计算机学会大数据专家委员会常务委员、大数据教材编委会委员。2019年被评为中国“十大科学传播人物”，2020年入选“*美科技工作者”全国候选人。科普畅销书《科幻电影中的科学：科学家奶爸的宇宙手绘》和《科幻电影的科学：科学家奶爸的AI手绘》作者。
陆源，北京科技大学控制工程硕士，主要研究方向大数据与社交网络。现就职于竞技世界网络技术有限公司，从事数据产品工作。科普畅销书《科幻电影中的科学：科学家奶爸的宇宙手绘》和《科幻电影的科学：科学家奶爸的AI手绘》的作者。
包云岗，博士，中国科学院计算技术研究所副所长、研究员，兼任先进计算机系统研究中心主任，中国科学院大学特聘教授，中国开放指令生态（RISC-V）联盟秘书长、RISC-V国际基金会理事会成员。中国开源芯片方向的倡导者与引领者，带领团队在国内率先开展了一系列开源芯片实践，成为开源处理器芯片方向上全球主要科研团队之一。在国科大启动 “一生一芯”计划，率先探索芯片人才培养的“硅上教学”新模式。曾获“CCF-IEEE CS”青年科学家奖、共青团中央“全国向上向善好青年”荣誉称号。
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