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1、计算机的发展历程计算机的发展历程 一、电子计算机的诞生一、电子计算机的诞生 每秒每秒5000次加法运算；次加法运算； 每秒每秒50次乘法运算；次乘法运算； 平方和立方计算；平方和立方计算； Sin和和Cos函数数值运算；函数数值运算； 其它更复杂的计算其它更复杂的计算。 第一台电子计算第一台电子计算ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于）于1946年在美国诞生。年在美国诞生。第第1台数字电子计算机台数字电子计算机1946年年ENIAC计算机公布计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）电子数字积分机与计算机）：研制单位：美
2、国宾夕法尼亚大学研制单位：美国宾夕法尼亚大学用用 途：途： 军事计算军事计算运算速度：运算速度：5000次次/秒秒体积价格：体积价格：170平方米，平方米，30吨，吨，140千瓦，千瓦，40万美元万美元 其逻辑元件采用其逻辑元件采用电子管电子管，存储器件为，存储器件为磁鼓磁鼓，典型逻辑，典型逻辑结构为结构为定点运算定点运算；用；用低级语言编程低级语言编程，无操作系统无操作系统。 代表人物：英国科学家代表人物：英国科学家艾兰艾兰图灵图灵和美籍匈牙利科学和美籍匈牙利科学家家冯冯诺依曼诺依曼。 冯冯诺依曼计算机模型。诺依曼计算机模型。2）存储器以）存储器以二进制形式二进制形式存储指令和数据；存储指令
3、和数据；3）存储程序存储程序工作方式；工作方式；4）五部件以）五部件以运算器为中心运算器为中心进行组织。进行组织。1）计算机计算机由由运算器运算器、存储器存储器、控制器控制器和和输入输入/输出输出五个部件组成；五个部件组成； 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机组成组成二、第二代计算机二、第二代计算机（50年代中后期到年代中后期到60年代中）年代中） 逻辑元件采用逻辑元件采用晶体管晶体管，其内存储器由磁芯构成，磁，其内存储器由磁芯构成，磁鼓与鼓与磁带磁带成为外存储器。成为外存储器。 逻辑结构实现了浮点运算，并提出了逻辑结构实现了浮点运算，并提出了变址变址、中断中断、I/O处理处理等新概念。出现了多种等
4、新概念。出现了多种高级语言高级语言及其及其编译编译程序。程序。晶体管晶体管(1948)三、第三代计算机三、第三代计算机（60年年代中到代中到70年代中）年代中） 逻辑元件与存储器均由逻辑元件与存储器均由集成电路集成电路实现；实现； 硬件上，硬件上，微程序控制微程序控制、高速缓存高速缓存、虚拟存储器虚拟存储器、流流水线水线等先进计算机技术开始使用；等先进计算机技术开始使用； 另一大特点是大型另一大特点是大型/ /巨型机与小型机同时发展。巨型机与小型机同时发展。 出现出现操作系统操作系统，它具有资源调度、，它具有资源调度、人人/机通信机通信和和输入输出控制等功能；输入输出控制等功能；小规模集成电路
5、小规模集成电路中中/小规模小规模集成电路集成电路(1950s)四、第四代计算机四、第四代计算机（70年代年代中期开始中期开始） 大规模（大规模（LSI）和超大规模（和超大规模（VLSI）集成电路及微处集成电路及微处理器为这一代计算机的典型特征。理器为这一代计算机的典型特征。超大规模集成电路超大规模集成电路 计算机网络计算机网络的发展与广泛应用。的发展与广泛应用。 并行处理技术并行处理技术嵌入式系统嵌入式系统超标量技术超标量技术: 超标量是指在一个时钟周期内超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令可以执行一条以上的指令 IC集成度提高的规律集成度提高的规律Moore定定律律：由由于
6、于硅硅技技术术的的不不断断改改进进，每每18个个月月，集集成成度度将将翻翻一一翻翻，速速度度将将提提高高一一倍倍，其其价价格格将将降降低低一一半半(Gordon E.Moore,1965年年)进一步提高集成度的问题与出路进一步提高集成度的问题与出路n问题：问题：u线线宽宽进进一一步步缩缩小小后后，晶晶体体管管线线条条小小到到纳纳米米级级时时，其其电电流流微微弱弱到到仅仅有有几几十十个个甚甚至至几几个个电电子子流流动动，晶晶体体管管将将逼逼近近其其物理极限而无法正常工作物理极限而无法正常工作. .n出路：出路：u在在纳纳米米尺尺寸寸下下，纳纳米米结结构构会会表表现现出出一一些些新新的的量量子子现
7、现象象和和效效应应，人人们们正正在在利利用用这这些些量量子子效效应应研研制制具具有有全全新新功功能能的的量子器件量子器件，使能开发出新的，使能开发出新的纳米芯片纳米芯片和和量子计算机量子计算机u同同时时，正正在在研研究究将将光光作作为为信信息息的的载载体体，发发展展光光子子学学，研研制制集成光路集成光路，或把电子与光子并用，实现，或把电子与光子并用，实现光电子集成光电子集成. .五、新一代计算机五、新一代计算机 新器件和新器件和非冯非冯诺依曼诺依曼结构已成为结构已成为新一代计算机新一代计算机的公认标志。的公认标志。 神经元、生物芯片、分子电子器件、超导计算机、神经元、生物芯片、分子电子器件、超
8、导计算机、量子计算机。量子计算机。 日本第五代计算机系统研究计划（日本第五代计算机系统研究计划（1982-1992年），年），确立确立并行推理并行推理将是未来信息处理的核心。将是未来信息处理的核心。计算机的发展历程计算机的发展历程:小结小结n19461946年研制成功第年研制成功第1 1台台数字电子数字电子计算机计算机n6060多年来发展速度之快大大超出人们的预料：多年来发展速度之快大大超出人们的预料：u性能、体积、价格、性能、体积、价格、u应用领域和装机数量应用领域和装机数量u软件技术和软件产品软件技术和软件产品u使用的元器件使用的元器件F第第1 1代：电子管磁鼓代：电子管磁鼓F第第2 2代
9、：晶体管磁芯代：晶体管磁芯F第第3 3代：中、小规模集成电路代：中、小规模集成电路F第第4 4代：大、超大规模集成电路代：大、超大规模集成电路n 应用模式：应用模式：n 集中计算模式集中计算模式n 分散计算模式分散计算模式n 网络计算模式网络计算模式n 普适计算模式（？）普适计算模式（？）问题：问题：60多年来没变的是什么？多年来没变的是什么？组成和基本工作原理类似组成和基本工作原理类似六、我国计算机的发展六、我国计算机的发展 中国古代对计算机理论与计算工具方面曾作出过中国古代对计算机理论与计算工具方面曾作出过杰出贡献杰出贡献 十进制计数系统十进制计数系统：马克思在他的马克思在他的数学手稿数学
10、手稿一书中称一书中称 十进位记数法为十进位记数法为最妙的发明之一最妙的发明之一 二进制数的位二进制数的位：八卦中的八卦中的“一一”叫做阳爻，相当于二进叫做阳爻，相当于二进制中的制中的“1”，而八卦中的，而八卦中的“-”叫做阴叫做阴爻，相当于二进制中的爻，相当于二进制中的“0”。 筹算筹算：利用算筹作为运算工具；：利用算筹作为运算工具； 珠算珠算：以算盘作为工具，在元代已广泛使用。：以算盘作为工具，在元代已广泛使用。 我国一、二、三代机的推出比世界上一、二、我国一、二、三代机的推出比世界上一、二、三代机晚了整整一代，但这是自力更生研制出三代机晚了整整一代，但这是自力更生研制出来的。来的。 国防科
11、技大学先后于国防科技大学先后于1983年和年和1992年研制成年研制成巨型机系统银河巨型机系统银河和和，运算速度都超过亿次。，运算速度都超过亿次。均配有操作系统、高级语言编译程序等系统均配有操作系统、高级语言编译程序等系统软件。软件。 1995年年5月，中科院计算所国家智能计算机研究月，中科院计算所国家智能计算机研究中心研制的中心研制的“曙光曙光1000”大规模大规模并行处理机并行处理机诞生。诞生。该机峰值速度可达每秒该机峰值速度可达每秒25亿次单精度浮点运算，亿次单精度浮点运算，内存容量为内存容量为1000MB，结点机间总通信容量为每结点机间总通信容量为每秒秒4800MB。 21世纪初，世纪
12、初，“曙光曙光3000超级服务器超级服务器”问世。由问世。由70台节点计算机组成，台节点计算机组成，280个处理器，峰值浮点个处理器，峰值浮点运算速度达每秒运算速度达每秒4032亿次，内存容量亿次，内存容量160GB。n中国中国“超级电脑超级电脑”诞生诞生n运算速度230万亿次/秒2008-08-29n我国自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光5000”近日研制成功。这标志着中国成为继美国之后第二个能制造和应用超百万亿次商用高性能计算制造和应用超百万亿次商用高性能计算机机的国家。据介绍，“曙光5000”是面向网络的高性能计算机，同时也是面向信息服务的超级服务器。它的系统峰值运算速度达到每秒23
13、0万亿次浮点运算。除了超强计算能力，它还拥有全自主、超高密度、超高性价比、超低功耗以及超广泛应用等特点。n我国天河一号成为全球最快超级计算机我国天河一号成为全球最快超级计算机nhttp:/http:/ 2010 2010年年1111月月1515日日03:25 03:25 新华网新华网 n新华网华盛顿新华网华盛顿1111月月1414日电日电( (记者记者 任海军任海军 毛磊毛磊) ) 国际国际TOP500TOP500组织组织1414日在网站上公布了最新全球超级计算机前日在网站上公布了最新全球超级计算机前500500强强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“
14、天河一号天河一号”雄雄居第一。居第一。n “天河一号天河一号”由国防科学技术大学研制，部署在国家超级由国防科学技术大学研制，部署在国家超级计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒25702570万亿次。万亿次。n美国橡树岭国家实验室的美国橡树岭国家实验室的“美洲虎美洲虎”超级计算机此前排超级计算机此前排名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。“美洲虎美洲虎”的实测的实测运算速度可达每秒运算速度可达每秒17501750万亿次。万亿次。n排名第三的是中国曙光公司研制的排名第三的是中国曙光公司研制的“星云星云”高性能计算高性能计
15、算机，其实测运算速度达到每秒机，其实测运算速度达到每秒12701270万亿次。万亿次。nTOP500TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。从是全世界最权威的超级计算机排名榜。从19931993年年起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构，起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构，国际国际TOP500TOP500组织以计算机实测速度组织以计算机实测速度( (LinpackLinpack测试值测试值) )为基准，为基准，每年两次发布世界上最快的每年两次发布世界上最快的500500台超级计算机排名。台超级计算机排名。1414日公布日公布的是第的是第3636版排行榜。版排行榜。n德国专家：天河一号要保持第一就要继续提高性能德国专家：天河一号要保持第一就要继续提高性能n天河一号运算速度是第二名天河一号运算速度是第二名1.41.4倍倍
