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1、第一章 计算机的发展史,第一章 计算机的发展史,1.1 先驱的探索 1.2 计算机的诞生 1.3 计算机的主要指标 1.4 计算机的发展趋势 1.5 计算机与现代通信,1.1 先驱的探索,计算从手工到机械自动再到电子自动,500年前，开始使用算盘进行计算 ；,1642年，法国Pascal发明齿轮式加法器，是机械计算机发展史上的一个重要里程碑 ；,1.1 先驱的探索,1801年，Joseph-MarieJacquard展示了一种自动提花织机 （Jacquard loom）；,18世纪出现差分机和 解析机；,1.1 先驱的探索,美国工程师Hollerith制作了第一台制表机,用于人口普查；,1.2
2、 计算机的诞生,1.2.1计算机理论的奠基,计算机理论的奠基人图灵，他提出了计算抽象模型，被后人称为“图灵机”,1.2 计算机的诞生,1.2.1计算机理论的奠基,图灵机带子相当于存储器，可以存储计算的中间结果，并作为输入输出的媒介。 控制器可以控制读写头在磁带上来回移动并切换状态，控制器的命令相当于指令。 图灵机是可编程控制的。,1.2 计算机的诞生,1.2.3现代计算机的探索,Mark-I,1.2 计算机的诞生,第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）,ENIAC包括控制部分、存储部分、运算部分 和输入输出部分 E
3、NIAC也存在一些严重问题,1.2.3现代计算机的诞生,1.2 计算机的诞生,第一代电子计算机(1946-1958) 标志：以电子管作为逻辑元件 冯诺依曼体系的两个设想：电子计算机以二进制为运算基础；应采用“存储程序”方式工作,1.2.3现代计算机的诞生,冯诺依曼,冯诺依曼体系结构,1.2 计算机的诞生,第一代电子计算机(1946-1958) 1950问世的计算机EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer ），首次实现了冯诺依曼体系的两个重要设想,1.2.3现代计算机的诞生,1.2 计算机的诞生,第二代晶体管计算机(1959-19
4、64),1.2.3现代计算机的诞生,晶体管,晶体管计算机TRADIC,1.2 计算机的诞生,第三代集成电路计算机（1964-1970）,1.2.3现代计算机的诞生,特点：采用集成电路作为逻辑元件，并且开始使 用半导体存储器作为主存储器。此外，系列兼容 和采用微程序设计也是第三代计算机的重要特点。,IBM S/360计算机的研制 过程为现代计算机发展 做出了重大的贡献,1.2 计算机的诞生,1.2.3现代计算机的诞生,第四代计算机（1970年至今）,采用大规模和超大规模集成电路 这个时代，微处理器问世，它是微电子领域有史以来最重要的发明之一 计算机按规模、速度和功能等开始分化成巨型机、通用大型机
5、、小型机和微型机，在体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容量、指令系统和设备、软件配置等方面不同,巨型机是指运算速度最快、存储容量最大、专门用于科学计算的计算机系统。巨型机主要用于国防科研、航空航天和气象预报等需要高速处理复杂计算问题的领域。,1.2 计算机的诞生,1.2.3现代计算机的诞生,巨型机,1.2 计算机的诞生,1.2.3现代计算机的诞生,大型机,大型机（Mainframe）是指在各个大企业、大机关、大公司里面使用的大型计算机系统。 大型机在商业领域，政府部门都有广泛的使用，如银行，保险公司，电信部门等。而巨型机一般是集中在巨型机中心，为尖端的科学领域、国防领域提供服
6、务。,1.2 计算机的诞生,1.2.3现代计算机的诞生,小型机,小型机是性能、规模、价格都介于大型机和微型机之间的一类计算机。服务于一些中等规模的企业和单位。小型机也秉承大型机的设计理念，强调高可靠性，高可用性和高服务性（RAS）。所以，也有人说，小型机是是低价格、小规模的大型计算机。,IBMp550小型机,1.2 计算机的诞生,1.2.3现代计算机的诞生,微型计算机,微机是以微处理器（控制器和运算器）为核心，配备上存储器，输入和输出设备的计算机。 微机的发展是随着微处理器的发展而发展的。,1.3 计算机的主要指标,运算速度 字长 主频 高速缓存 外设配置,运算速度,计算机运算速度，是指每秒钟
7、所能执行的指令条数，一般用“百万条指令秒”（MIPS，Million Instruction Per Second）来描述。 有时候，计算机运算速度还用“浮点运算次数”描述。浮点是指浮点数，就是带小数的数。浮点运算比一般的整数运算要复杂得多。巨型机的速度都是用浮点运算次数来描述。浮点运算次数的英文简称是FLOPs，是FLoating point OPerations的缩写。,字长,字长以二进制位为单位，其大小是CPU一次操作能够处理的数据的二进制位数，它直接关系到计算机的计算精度、功能和速度。字长越长，CPU一次能够处理的数据位数越多，性能也越好。,主频,主频就是时钟频率，是指CPU在单位时间
8、（秒）内发出的脉冲数。通常，时钟频率以兆赫（MHz）为单位。时钟频率越高，其运算速度就越快。,主存储器,主存储器简称主存，用来存储数据和程序。存储器中最基本的单位是位（bit），但计算存储器容量时采用字节（Byte）为单位，其中,一般来说，主存储器容量越大，计算机整体的性能越好。,高速缓存,为了提高CPU的效率，产生了高速缓存技术Cache。高速缓存位于CPU和主存之间，用于协调CPU和主存之间的数据传输，即暂存CPU最经常需要使用的部分数据和指令，因为高速缓存Cache存取速度高于主存，能够大大提高系统性能，但Cache一般价格较高，因此容量较小。 两级缓存技术，其中一级缓存与CPU集成在一
9、起，速度接近CPU；二级缓存在主板上，可扩展。一般来说，缓存越大，系统的性能越好,1.4 计算机的发展趋势,高速计算机 生物计算机 光学计算机 量子计算机,高速计算机,利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机的运行速度，使用“空气胶滞体”导线连接计算机微电路的芯片或晶体管。 “空气胶滞体”导线也有不足之处，主要是其散热效果较差， 不能及时将计算机中电路产生的热量散发出去。,生物计算机的兴起,采用了生物芯片，更高速、更低能耗、拥有巨大的存储能力、具有生物体的一些自适应自修复特点,DNA计算机,光学计算机,优点：并行处理能力非常强，具有超高速的运算速度，信息存储量大，抗干扰能力非常强，可以在室温下正常工作，具有与人脑相似的容错性。目前光学计算机的许多关键技术，如光存储技术、光存储器、光电子集成电路 (OIC)等都已取得重大突破。,光学计算机,量子计算机,运算速度快，存储量大、功耗低 解决计算机的微型化、集成化难题,量子计算机外形,1.5 计算机与现代通信,计算机与通信的融合已经带来巨大的成功，并且是未来通信领域的发展趋势,
