计算机的发展历程、工程概论与职业发展

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1、计算机的发展历程 工程概论与职业发展 第二讲 计算机发展史 计算机起源 从算筹谈起传统计算技术 从算盘到机电式计算机现代计算机发展 从第1代到第5代中国计算机发展历程东北大学计算机专业发展历程未来计算机展望 2 计算机起源 从算筹说起 早期计算装置结绳记事算筹 3 运筹于帷幄之中 决胜于千里之外 早期计算装置 算筹 中国 埃及 古巴比伦 印度 4 十进制数字表示方法和运算方法 手工计算装置 算盘 960 中国宋代计算尺 1617 苏格兰发明家 JohnNapier 基于他发明的自然对数 滑动计算尺 1622 英格兰 WilliamOughtred 5 半自动计算装置 齿轮手动机械计算机 164

2、2 法国数学家 物理学家和哲学家 BlasiePascal 四则运算机械计算机 1673 德国数学家 思想家G W Leibnitz 6 半自动计算装置 差分机械计算机 1822 英国数学家 CharlesBabbage 设计 1854 瑞典技术杂志编辑 GeorgeScheutz 完成第一位程序员 AdaLovelace 1815 1852 自动分析计算机 1906 英国海军少将 HenryBabbage 7 全自动计算装置 机电式自动计算机 1890 美国工程师HermanHollerith 1860 1929 第一台可编程的全自动控制数字计算机Z 1 1937 德国工程师KonradZu

3、se 8 全自动计算装置 继电器复数计算机 1940 美国贝尔实验室数学家GeorgeStibitz自动序列控制计算机 1944 Mark I 哈佛大学HowardAiken博士10 6米长 2 6米宽 5吨重 80万个器件 500英里电线5马力驱动电机23位乘法 3秒 9 全自动计算装置 10 CPU 控制台 打印机 纸带机 日本富士通公司技术展示室 现代计算机发展 从ENIVAC说起 开发 宾西法尼亚大学摩尔电机工程学院用户 美国陆军军械部弹道实验室 11 现代计算机发展 从ENIVAC说起 ENIAC ElectronicnumericalIntegratorandComputer 12

4、 JohnMauchly 现代计算机发展 从ENIVAC说起 手工编程 13 冯 诺依曼计算机 VonNeumann 美国普林斯顿大学高等研究院数学家EDVAC ElectronicDiscreteVariableComputer 1945 1952论文 FirstDraftofaReportontheEDVAC 提出 存储程序 storedprogram 和 顺序执行 sequentialexecution 概念软件 software 概念程序 数据和文档 14 第一台存储程序电子计算机 EDSAC ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator 1949

5、 英国剑桥大学数学实验室 15 ENIVAC的应用 1945 1955 1950年前 美国唯一的数字计算机曼哈顿计划 氢弹核物理学军用计算 导弹 风洞 侦查等民用计算 天气预报 地质勘探 流体力学等 16 第一代计算机 电子管技术时间 1940中期 1950中期 体积大 占地100平方米耗电大 10千瓦造价高 100万美元故障率高 Bug debug运算速度慢 1 2万次产品 大型机 mainframe 17 第一台商用电子计算机 UNIVACI 1951年 Eckert Mauchly计算机公司 18 第一台商用电子计算机 UNIVACI 特点 19 第二代计算机 晶体管技术时间 1950后

6、期 1960中期 体积小耗电少价格低 10万美元 几十万美元可靠性高运算速度快 百万条指令 秒产品 大型机 中型机 小型机 20 第一台晶体管电子计算机 1959年 IBM7030 STRETCH 1961年完成 21 第一台小型计算机 1960年 PDP 1 DEC公司价格 12万美元 1名操作员 22 PDP 8 1965 PDP 12 1969 世界重大事件 1957年 苏联发射第一颗人造卫星1961年 苏联宇航员加加林进入太空 1971年 中国发射第一颗人造卫星 2003年 中国宇航员杨利伟进入太空 23 第三代计算机 集成电路技术时间 1960中期 1970初期 体积更小耗电更少内存

7、容量大最低价格 10万美元以下速度更快 千万条指令 秒产品 计算机系列 24 第一台兼容式系列计算机 1964年 IBM360系列 IBM公司 25 第一台超级计算机 1964年 CDC6600CDC公司 设计师SeymourCray3MIPS 10pre processor 1CPU 26 世界重大事件 1969年 美国阿波罗号成功登月 2007年 中国嫦娥一号探月 27 摩尔定律 Moore sLaw GordonE Moore Intel公司的创始人 1968 每18个月 1年半 在一个芯片上的晶体管数量增加一倍 性能也提升一倍 28 摩尔定律 Moore sLaw 29 Dr Jame

8、sMartin s TargetEarth the2008TuringLecture 摩尔定律 Moore sLaw 30 第四代计算机 大 超大 规模集成电路时间 1970 至今 体积 微型化耗电少 百瓦 微型机 超高速 千亿条指令 秒价格大众化 1000美元产品 巨型机 微型机 31 第一台并行计算机 1966 1972年 ILLIACIV 伊利诺伊大学200MIPS 300M操作 秒 IO速度 1Gb 秒 32 第一台个人计算机 KenbakCorp Kenbak 1JohnV Blankenbaker256字节内存 33 IBMPCXT 1981 第一台工作站 1974年 Alto 施

9、乐公司PARC研究中心 PaloAltoResearchCenter 图形处理鼠标输入 34 第一台容错计算机 1975年 Tandem 16 Tandem公司 35 第一台商用巨型机 1976年 Cray I 克雷公司 36 第一台海量并行 MPP 计算机 1986年 ThinkingMachinesCorp 设计师 DanielHillis16 000processors 37 八十年代计算机 38 日本富士通公司技术展示室 并行服务器 64个CPU 第五代计算机 网络集群 cluster 技术时间 1990末期 至今 海量节点 1000 10万节点海量存储 1TB功耗大速度 万亿次以上

10、39 计算机集群 Cluster 2002年 日本NEC地球仿真器35 61TFlops trillionoperationspersecond 35万亿次 40 迄今最快的计算机 BlueGene IBM BlueGene L131072个节点 峰值 367 000GFlops 367万亿次 41 最快的计算机 BlueGene 42 速度极限 10 000台PCX50MIPS 500 000MIPS 5千亿次 秒 0 002ns 指令 2ps 指令 0 72mm 2ps 光速 360000km s 43 44 东大计算机985重点实验室 IBM128节点刀片系统 BladeCenterHS

11、21 双核双CPU双核4CPU最大运算速度 128 2 2 3G 4 512 3G 4 6 6万亿次 5个控制节点 磁盘阵列 123个普通处理节点 计算机树 45 计算机分类 超级计算机 巨型机 万亿次小型超级机 小巨型机 百亿次大型主机 大量外部设备小型机微机服务器 高性能工作站 专用 图形处理 个人计算机 台式 膝上 掌上 嵌入式计算机 46 计算机分类 超级计算机 巨型机 万亿次小超级机 小巨型机 百亿次大型主机 大量外部设备小型机微机服务器 高性能工作站 专用 图形处理 个人计算机 台式 膝上 掌上 嵌入式计算机 47 中国计算机发展史 50年代 1956年 夏培肃完成了第一台电子计算

12、机运算器和控制器的设计 编写了中国第一本电子计算机原理讲义 1957年 中国第一台模拟式电子计算机 哈尔滨工业大学 1958年 第一台小型电子管通用计算机103机 八一型 仿苏M 3 定点32位 每秒2500次 内存1KB 七机部张梓昌高级工程师领衔 骨干有董占球 王行刚等 1959年 第一台大型数字电子计算机104机 仿苏 CM 浮点40位 每秒1万次 内存2KB 总参张效祥教授领衔 骨干有金怡濂等参考文献 1 张久春 张柏春 20世纪50年代中国计算技术的规划措施与苏联援助 中国科技史料 2003年 第24卷 第3期2 周蕾 中国计算机产业发展大事记 网络世界 48 中国计算机发展史 60

13、年代 1961年 钟萃豪 董蕴美设计的中国第一个编译系统 Fortran型 1961年 早期有代表性的计算机高级语言通用教材 程序设计 南京大学徐家福 北京大学杨芙清等 1964年 第一台电子管大型通用计算机119机 浮点44位 每秒5万次 中科院计算所吴几康 范新弼领导 1964年 全晶体管计算机441B 哈军工慈云桂教授领导 字长40位 1965年 第一台大型晶体管计算机109乙 浮点32二进制位 每秒6万次 中科院计算技术研究所蒋士騛领导 之后推出109丙机 该机为两弹试验中发挥了重要作用 49 中国计算机发展史 70 80年代 1973年 第一台自行设计的百万次集成电路计算机150 通

14、用浮点48位 每秒100万次 北京大学 许卓群 张新华等 与 北京738厂 孙强南 陈华林等 操作系统由北京大学杨芙清领衔研制 这是国内第一个自行设计的操作系统 1974年 集成电路小型计算机DJS 130 每秒100万次 北京无线电三厂 清华大学等单位联合设计 1977年 151 III型机 每秒200万次 国防科大慈云桂领导 1979年 中规模集成电路计算机DJS 140系列 1983年 第一台巨型机银河 I 运算速度每秒上亿次 国防科大慈云桂领导 1985年 电子工业部计算机管理局研制成功与IBMPC机兼容的长城0520CH微机 50 中国计算机发展史 90年代 1992年 国防科技大学

15、研究出银河 II通用并行巨型机 峰值速度达每秒4亿次浮点运算 相当于1000MIPS 为共享主存储器的四处理机向量机 中小规模集成电路自行设计的 1993年 国家智能计算机研究开发中心 后成立曙光计算机公司 研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机 这是国内首次以基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片和标准UNIX操作系统设计开发的并行计算机 1995年 曙光公司推出了国内第一台MPP结构的并行机曙光1000 36CPU 每秒10亿次浮点运算 峰值2500MFlop 1997年 国防科大研制成功银河 III百亿次并行巨型计算机系统 130多个CPU 峰值速度为每秒130亿次浮点运算 1999年

16、国家并行计算机工程技术研究中心研制的神威I计算机 384个CPU 峰值速度每秒3840亿次 51 中国计算机发展史 21世纪 2000年 曙光3000超级服务器 每秒3000亿次浮点运算 2001年 中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU 龙芯 芯片2002年 曙光公司推出完全自主知识产权的 龙腾 服务器 龙腾服务器采用了 龙芯 1 CPU 采用曙光LINUX操作系统 该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品 2003年 联想6800 峰值53 240亿次 1024 Itanium21 3GHz QsNet网2004年 曙光4000A 峰值112 640亿次 2560 Opteron2 2GHz Myrinet2008年 曙光5000A 峰值180 060亿次 52 东北大学计算机学科发展 学科创始人 李华天教授1943年西南联大毕业1948年哈佛大学硕士 国务院学位委员会第一 二届学科评议组成员 国家自然科学基金会第一 二届学科评审组成员 中国自动化学会常务理事国际自控联 IFAC 计算机委员会委员参考文献 53 东北大学计算机学科 50年代 1957年 组建计算机教研室1957