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1、计算机发展与应用,一、计算机的概念和特点二、计算机的分类三、计算机的发展四、计算机的应用领域,一、计算机的概念和特点,1、计算机概念：计算机(Computer)是一种电子器件构成的、具有计算能力和逻辑判断能力、具有自动控制和记忆功能的信息处理设备。,一、计算机的概念和特点,2、计算机特点：,(1) 运算速度快计算机能以极快的速度进行运算和逻辑判断，现在高性能计算机每秒能进行1 0亿 加减运算。由于计算机运算速度快，使得许多过去无法处理的问题都能得以及时解决。例如天气预报问题，要迅速分析大量的气象数据资料，才能作出及时的预报。若手工计算需十天半月才能发出，事过境迁，消息陈旧，失去了预报的意义。现
2、在用计算机只需十几分钟就可完成一个地区内数天的天气预报。(2)计算精度高计算机具有以往计算工具无法比拟的计算精度，一般可达十几位，甚至几十位、几 百位有效数字的精度。这样的计算精度能满足一般实际问题的需要。1949年瑞特威斯纳 （Reitwiesner）用ENIAC机把圆周率算到小数点后27703位，打破了著名数学家商克斯（W.Shanks）花了15年时间于1873年创下的小数点后707位的记录。这样的计算精度 是任何其他工具所不可能达到的。,一、计算机的概念和特点,(3)记忆能力强计算机的存储系统具有存储和“记忆”大量信息的能力，能存储输入的程序和数据， 保留计算结果。现代的计算机存储容量极
3、大，一台计算机能轻而易举地将一个中等规模的图书馆的全部图书资料信息存储起来，而且不会“忘却”。人用大脑存储信息，随着脑细胞的老化，记忆能力会逐渐衰退，记忆的东西会逐渐遗忘，相比之下计算机的记忆 能力是超强的。 (4) 具有自动运行能力和一定的逻辑判断能力。计算机能够自动连续执行事先编制的程序。能根据不同信息的具体情况作出判断，自动执行相应正确的处理。人是有思维能力的，思维能力本质上是一种逻辑判断能力，也可以说是因果关系分析能力。计算机借助于逻辑运算，可以进行逻辑判断，并根据判断的结果自动地确定下一步该做什么，从而使计算机能解决各种不同的问题，具有很强的通用性。1976年，美国数学家阿皮尔（K.
4、Apple）和海肯（W.Haken）用计算机进行了上百亿次的逻辑判断，通过证明了 1900 多个定理，解决了 100 多年来未能解决的著名难题 四色问题（ 四 色问题是指：对无论多么复杂的地图分区域作色时，为使相邻区域颜色不同，最多只需4 种颜色就够了）。,二、计算机的分类,1从计算机规模来分：有巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机(Personal Computer)。(课本P5) 2从信息表现形式和被处理的信息来分：有数字计算机（数字量、离散的）、模拟计算机（模拟量、连续的）、数字模拟混合计算机 3按照用途分来：分为通用计算机、专用计算机。 4按采用操作系统来分：分为单用户机系统、多用户
5、机系统、网络系统和实时计算机系统。 5从字长来分：4位、8位、16位、32位、64位计算机。,三、计算机的发展,1、第一台电子计算机诞生世界上第一台计算机于1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功，取名为ENIAC，是英文 Electronic Numerical Integrator And Calculator 的缩写。ENIAC采用电子管为基本元件、真正能自动运行。它使用了18000只电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电140千瓦，价格40多万美元，是一个昂贵又耗电的“庞然大物”。尽管ENIAC还有不少弱点，但它的问世具有划时代的意义。从此，计算机在解放人类智力的道路上，突飞猛进地发
6、展。,三、计算机的发展,2、计算机发展简史 第一代(19461957) 电子管时代 逻辑元件：为电子管，存储器：汞延迟线、磁鼓，外部设备：读卡机、纸带机，处理速度：几千条指令数秒，内存容量：数KB，编程语言：机器语言，应用范围：科学计算。 第二代 (19581964)晶体管时代 逻辑元件：为晶体管，存储器：磁鼓、磁带，外部设备：读卡机、纸带机、电传打字机，处理速度：几百万条指令数秒，内存容量：几十KB，编程语言：汇编语言、高级语言，系统软件：操作系统，应用范围：科学计算、数据处理、工业控制。 第三代(19651970) 中小规模集成电路时代 逻辑元件：为半导体存储器构成的中小规模集成电路，存储
7、器：磁带、磁盘，外部设备：读卡机、打印机、绘图机，处理速度：几千万条指令数秒，内存容量：几十KB数MB，编程语言：汇编语言、高级语言，系统软件：操作系统、实用程序，应用范围：应用于各领域 第四代(1971至今)大规模超大规模集成电路时代 逻辑元件：为半导体存储器构成的大规模超大规模集成电路，存储器：磁盘、光盘等，外部设备：键盘、显示器、打印机、绘图机等，处理速度：数亿条指令数秒，内存容量：几十MB，编程语言：高级语言、第四代语言，系统软件：操作系统，数据库管理系统，应用范围：更广泛地应用于各领域。计算机的换代不仅表现为主机器件的改进、外部设备的增加，也表现为配套软件的丰富，进而表现在性能价格比
8、的提高，计算机应用范围的扩大。,三、计算机的发展,3、计算机的发展趋势 计算机的发展表现为五种趋向：巨型化、微型化、网络化、多媒体化和智能化。,三、计算机的发展,4. 我国计算机的发展 我国电子计算机的研究是从1956年开始的，1958年研制出第一台电子管计算机，即103型通用数字电子计算机。 1964年，第一台晶体管电子计算机正式投入运行，它的运算速度达到每秒5万次。 1971年研制出第一台集成电路计算机，是我国研制成功的第一批第三代计算机，同年由北京大学研制的150型百万次集成电路数字电子计算机投入使用。 1983年12月，国防科技大学研制成功了我国第一台每秒运算速度在1亿次以上的巨型机“
9、银河-”。(周兴铭院士) 1989年，每秒运算10亿次的“银河-”研制成功，这是我国第一台通用并行巨型机。它具有联网能力，既可以作为超级计算机中心的主机，又可以作为大量数据处理的中心处理机，具有广泛的应用领域。 1995年5月11日，国家科委在北京组织召开了“曙光1000并行机”成果鉴定会。“曙光1000”突破了一大批大规模并行处理的关键技术。其峰值速度可达每秒25亿次，实际运算速度每秒超过10亿次浮点运算，内存容量为1024兆字节。“曙光1000”的研制成功，标志着我国并行处理技术迈上了一个新台阶。“曙光1000”可广泛应用于气象预报、石油勘探、地震数据处理及科研等领域。 1995年底，“曙
10、光2000-”诞生，其峰值运算速度可达每秒500亿次浮点运算。 20世纪末，诞生了每秒运算1000亿次的“曙光2000-”。,三、计算机的发展,21世纪初，我国研究制造的曙光3000超级服务器投入使用。它兼顾大规模科学计算、事务处理和网络信息服务。系统峰值浮点运算速度为每秒4032亿次。 2003年初，曙光推出了面向网格达到3万亿次运算能力的高性能计算机曙光4000L。 2003年，曙光4.2万亿次超级计算机落户中石油、联想5万亿次“深腾6800”落户中科院、曙光10万亿次超级计算机落户上海超级计算中心。 2004年，由中科院计算所、曙光公司、上海超级计算中心三方共同研发制造的曙光4000A实
11、现了每秒万亿次运算速度。 2008年，“深腾7000”是国内第一个实际性能突破每秒百万亿次的异构机群系统，Linpack性能突破每秒106.5万亿次。 2008年，曙光5000A实现峰值速度230万亿次、Linpack值180万亿次。作为面向国民经济建设和社会发展的重大需求的网格超级服务器，曙光5000A可以完成各种大规模科学工程计算、商务计算。 2009年10月29日，中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生。这台计算机每秒1206万亿次的峰值速度和每秒563.1万亿次的Linpack实测性能，使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。 2009年11月11日，中国
12、拥有完全自主知识产权的千万亿次计算机“曙光6000”将于2010年问世。“曙光6000”将首次采用国产通用处理器龙芯。 2009年11月17日，半年评选一次的全球超级计算机500强最新名单正式公布。由中国国防科技大学研制的“天河一号”超级计算机，这次以实测速度每秒563.1万亿次位列世界第五、亚洲第一，这也是中国超级计算机迄今在这一500强排行榜上获得的最高名次。“天河一号”的峰值速度达到每秒1206.19万亿次，是中国首台每秒运算速度超过千万亿次的超级计算机。,四、计算机的应用领域,1、科学计算,科学计算，亦称数值计算，是指用计算机完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题。计算机作为一个计算
13、工具，科学计算是它最早的应用领域。在科学技术工作中，科学计算问题是大量而复杂的。例如，在进行气象预报时，需要解多个气象方程式来预测气象的变化，计算的准确性要求较高，如果没有计算机，依靠人工需要几个星期才能计算出来，这样得到的气象预报也就失去了实际价值。又如，海湾战争中，伊拉克飞毛腿导弹刚发射，它的飞行参数就被多国部队的计算机监测系统测出，根据这些参数可计算飞毛腿导弹的飞行轨迹，计算出爱国者导弹拦截飞毛腿导弹时应该飞行的轨道，整个计算过程只需1分钟，而飞毛腿导弹从发射到抵达目标却需6分钟，计算机运算速度比导弹的飞行速度还要快。,2、信息处理,信息处理是指计算机对信息记录、整理、统计、加工、利用、
14、传播等一系列活动的 总称。所谓信息是通过各种方式，可以被传递、传播、传达，用可被感受的声音、图像、文字所表征，并与某些特定的事实、主题或事件相联系的消息、情报、知识。信息处理是目前计算机应用最广泛的领域。数据处理是目前计算机应用得最广泛的领域之一，例如：高考招生工作中的考生录取与统计工作，铁路、飞机客票预订系统，企业内部成本核算管理、人事管理、工资管理、财务管理、合同管理以及银行系统的业务管理等等，都属于数据处理范围。,四、计算机的应用领域,3、过程检测和实时控制,实时控制，亦称过程控制，是用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速对控制对象进行自动控制或自动调节。 利用计算机进行过程控制，不仅大
15、大提高了控制的自动化水平，而且大大提高了控制的及时性和准确性，从而能改善劳动条件，提高质量，节约能源，降低成本。实时控制系统是一种实时处理系统，对计算机的响应时间有一个较高的要求。实时处理系统指计算机对输入的信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出某种反映或进行某种控制。,四、计算机的应用领域,4、计算机辅助设计、辅助制造、辅助教育 计算机辅助设计（CAD Computer Aided Design）是利用计算机的计算、逻辑判断等功能，帮助人们进行产品设计和工程技术设计。 计算机辅助设计（CAM Computer Aided Manufacturing） 计算机集成制造系统（CIMS
16、Computer Integrated Manufacturing System）集工程设计、生产过程控制、生产经营管理为一体的高度计算机化、自动化和智能化的现代化生产大系统。 计算机辅助教育(CBEComputer Based Education) 包括计算机辅助教学(CAI)、计算机辅助管理教学(CMI)。,四、计算机的应用领域,CMI是用计算机实现各种教学管理，如制定教学计划、课程安排、计算机评分、日常的教务管理等。 CAI最大的特点是交互教学和个别指导，它将改变传统的教师在讲台上讲课而学生在课堂内听课的教学方式。CAI是指利用计算机帮助学习的自学系统，它充分利用了计算机的图形功能，使教学内容形象生动。例如，在利用CAI演示化学反应过程时，不需要真实的化学药品与器具，也就不存在防毒、防腐蚀、防爆炸等安全问题，在计算机屏幕上可以生动地展示整个化学反应的过程；又如，在用CAI作物理实验时，某些物体的快速变化过程可以在计算机上分解成一步一步的慢动作，使得原本真实环境中难以观察清楚的现象可以在计算机屏幕上看得一清二楚，极大地提高了教学效果。,
