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1、 第一章第一章第一章第一章 计算机概述及发展计算机概述及发展计算机概述及发展计算机概述及发展7/27/20241 第一章第一章 计算机的发展史计算机的发展史 1.1 1.1 计算机概述计算机概述1.2 1.2 计算机的发展计算机的发展1.3 1.3 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域1.4 1.4 计算机系统的主要技术指标计算机系统的主要技术指标1.5 1.5 未来计算机的发展趋势未来计算机的发展趋势7/27/20242 提纲提纲一、计算机概述一、计算机概述二、计算机的发展二、计算机的发展三、计算机的主要应用领域三、计算机的主要应用领域四、计算机系统的主要技术指标四、计算机系统的主要技术
2、指标五、未来计算机的发展趋势五、未来计算机的发展趋势7/27/20243 1.1 计算机概述计算机概述电子计算机的定义电子计算机的定义电子数字计算机电子数字计算机定义：电子计算机是一种能按照人们事先编好定义：电子计算机是一种能按照人们事先编好的程序连续、自动地工作，并能对输入的数据的程序连续、自动地工作，并能对输入的数据信息进行加工、存储、传送的电子设备。信息进行加工、存储、传送的电子设备。电脑电脑7/27/20244 1.1 计算机概述计算机概述计算机的特点计算机的特点运算速度快运算速度快计算精度高计算精度高记忆能力强记忆能力强具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力能自动执行程序能自动执行程序可靠
3、性高、通用性强可靠性高、通用性强7/27/20245 1.1 计算机概述计算机概述计算机分类计算机分类专用计算机专用计算机通用计算机分类通用计算机分类巨型机：大型机：小型机：微型机微机、PC机工作站：专用于处理某类特殊事务的高档微机服务器：提供网络服务的高档微机单片机：单片微型计算机(Micro Controller Unit)，民用和工业控制领域。7/27/20246 提纲提纲一、计算机概述一、计算机概述二、计算机的发展二、计算机的发展三、计算机的主要应用领域三、计算机的主要应用领域四、计算机系统的主要技术指标四、计算机系统的主要技术指标五、未来计算机的发展趋势五、未来计算机的发展趋势7/2
4、7/20247 1.2 计算机的发展计算机的发展先驱的探索，古老的计算先驱的探索，古老的计算从手工到机械自动从手工到机械自动 史前时期，我们的祖先就采用石块和贝壳记数；史前时期，我们的祖先就采用石块和贝壳记数； 周朝，出现了算筹周朝，出现了算筹唐代时期，开始使用算盘；唐代时期，开始使用算盘；1717世纪，出现了计算尺；世纪，出现了计算尺； 16421642年，法国数学家年，法国数学家PascalPascal创造了第一台能完成加、创造了第一台能完成加、减运算的机械计算器（齿轮加法器），计算税收，减运算的机械计算器（齿轮加法器），计算税收，世界上第一个机械计算机 ，是机械计算其发展史上的一，是机械
5、计算其发展史上的一个重要里程碑个重要里程碑唐朝算盘唐朝算盘1642年年 Pascal 加法器加法器7/27/20248 1.2 计算机的发展计算机的发展近代计算近代计算机械计算到电动计算机械计算到电动计算 18011801年，年，Joseph-Marie JacquardJoseph-Marie Jacquard展示了一种自动提花展示了一种自动提花织机（织机（Jacquard loomJacquard loom），通过设计不同的控制卡片，），通过设计不同的控制卡片，能够织出不同的图案。能够织出不同的图案。卡片是最早的机械记忆机械记忆的示例；由于穿孔卡系统只允许两种操作两种操作（串线和不串线），
6、这是所有计算机的二进制语言的前身；程序控制程序控制概念出现了，这对计算机程序设计的思想产生了巨大的影响。18221822年，英国数学家巴贝奇（年，英国数学家巴贝奇（Charles Babbage Charles Babbage ）提出）提出了自动计算机的基本概念，并设计出差分机和解析机；了自动计算机的基本概念，并设计出差分机和解析机；Babbage第一次将计算机分为“输入器”“输出器”、“存储器”、“运算器”和“控制器”5个部分，这是现代计算机结构模式的最早这是现代计算机结构模式的最早构思形式构思形式。利用提花织机的穿孔卡的原理控制机器的运行，这就是最早向计算机传送指令计算机传送指令的方法。1
7、801年年穿孔卡式穿孔卡式提花织机提花织机巴贝奇的巴贝奇的 差分机和解析机差分机和解析机7/27/20249 1.2 计算机的发展计算机的发展近代计算近代计算机械计算到电子计算机械计算到电子计算 18841884年，美国工程师霍雷斯创造了第一台电动年，美国工程师霍雷斯创造了第一台电动计算机计算机, ,用于人口普查；（用于人口普查；（IBMIBM的雏形初现）的雏形初现）1919世纪末世纪末2020世纪初，计算机开始了真正意义上世纪初，计算机开始了真正意义上的由机械向电子时代的过渡的由机械向电子时代的过渡1906 年，美国人Lee De Forest 发明电子管，为电子计算机的发展奠定了基础。电子
8、器件逐渐演变成为计算机的主体，而机械部件则渐渐处于从属位置。计算机也正式开始了由量到质的转变，由此导致电子计算机正式问世。1888年年 Hollerith制制表机表机7/27/202410 1.2 计算机的发展计算机的发展计算机理论的奠基人图灵(Alan Turing) (Alan Turing) 逻辑学家，被称为人工智能之父图灵提出了计算抽象模型，被后人称为“图灵机”有限状态自动机一种思想模型，为可计算性一种思想模型，为可计算性理论奠定了基础，是整个现理论奠定了基础，是整个现代计算机的理论基础。代计算机的理论基础。与与“冯冯诺依曼机诺依曼机”齐名，被齐名，被永远载入计算机的发展史中。永远载入
9、计算机的发展史中。 图灵奖ACM设立的计算机界最高奖项图灵机带子相当于存储器存储器，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指令。图灵机是可编程控制的。7/27/202412 1.2 计算机的发展计算机的发展现代计算机的探索现代计算机的探索19441944年，美国哈佛大学数学教授霍华德年，美国哈佛大学数学教授霍华德阿肯提阿肯提出设计思想，由出设计思想，由IBMIBM承建，设计出新一代承建，设计出新一代“自动自动程序控制计算机程序控制计算机”，哈佛，哈佛Mark-IMark-I计算机，机电计算机，机电全自动到电子数
10、字。全自动到电子数字。该机器没有使用电子管，而是使用的老式的继电器使用的老式的继电器，耗资10万美元，重5吨，约有10万个零件，可以进行加、减、乘、除运算。7/27/202413 1.2 计算机的发展计算机的发展电子计算机的奠基人是美籍匈电子计算机的奠基人是美籍匈牙利科学家牙利科学家冯冯诺依曼诺依曼。于于19451945年提出了年提出了“程序内存式程序内存式”计算机的设计思想：计算机的设计思想：二进制为为运算基础；采用运算基础；采用“存储程序”方方式工作。式工作。解决了计算机的运算自动化的解决了计算机的运算自动化的问题和速度配合问题，为电子计问题和速度配合问题，为电子计算机的逻辑结构设计奠定了
11、基础，算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则，已成为计算机设计的基本原则，至今一直沿用。至今一直沿用。匈牙利原名匈牙利原名Neumann Jnos英文名英文名John von Neumann 7/27/202414 冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构 计算机的硬件基本结构，计算机的硬件基本结构，由由运算器、控制器、存储运算器、控制器、存储器、输入和输出设备器、输入和输出设备五部五部分组成，运算器和控制器分组成，运算器和控制器组合为中央处理器组合为中央处理器（Central Processing Central Processing UnitUnit），简称为），简称为CPUCP
12、U。程序和数据放在共享存储程序和数据放在共享存储器内，器内，CPUCPU取出指令和数取出指令和数据进行相应的计算据进行相应的计算 运算器存储器控制器输入设备输出设备7/27/202415 莱布尼茨（莱布尼茨（1646-17161646-1716），德国伟大的），德国伟大的数学家、物理学家、唯心主义哲学家。数学家、物理学家、唯心主义哲学家。年，系统提出二进制的运算法年，系统提出二进制的运算法则则 。1 1与与0 0，一切数字的神奇渊源。这是造物的秘，一切数字的神奇渊源。这是造物的秘密美妙的典范，因为，一切无非都來自上帝。密美妙的典范，因为，一切无非都來自上帝。二进制的发明者莱布尼茨二进制的发明者
13、莱布尼茨 德国图灵根著名德郭塔王宫图书馆保存着德国图灵根著名德郭塔王宫图书馆保存着一份莱布尼茨珍贵的手稿，其标题：一份莱布尼茨珍贵的手稿，其标题：从中国八卦图参悟从中国八卦图参悟出二进制数之真谛出二进制数之真谛7/27/202416 1.2 计算机的发展计算机的发展第一台电子计算机的诞生第一台电子计算机的诞生 世界上第一台电子数字计算机是世界上第一台电子数字计算机是19461946年年2 2月在美国宾西月在美国宾西法尼亚大学诞生的，它称为法尼亚大学诞生的，它称为ENIACENIAC是英文是英文Electronic Electronic Numerical Integrator And Calc
14、ulator Numerical Integrator And Calculator 的缩写，意的缩写，意为为电子数字积分计算机电子数字积分计算机。1800018000多只电子管、多只电子管、15001500个继电器个继电器占地占地170170平米，重达平米，重达3030吨。吨。关于世界上第一台计算机的疑问关于世界上第一台计算机的疑问另一种说法是：世界上第一台电子计算机是由美国爱另一种说法是：世界上第一台电子计算机是由美国爱荷华州立大学的约翰荷华州立大学的约翰 文森特文森特阿塔纳索夫（阿塔纳索夫（John John Vincent AtanasoffVincent Atanasoff）教授和他
15、的研究生克利福特）教授和他的研究生克利福特贝贝瑞（瑞（Clifford BerryClifford Berry）先生在）先生在19371937年至年至19411941年间开发的年间开发的“阿塔纳索夫阿塔纳索夫- -贝瑞计算机（贝瑞计算机（Atanasoff-Berry Atanasoff-Berry ComputerComputer，简称，简称ABCABC）”。 7/27/202417 1.2 计算机的发展计算机的发展ENIAC包括控制部分、存储部分、运算部分和输入输出部分，采用十进制运算，运算部件通过直接，采用十进制运算，运算部件通过直接计数而不是利用逻辑电路进行加、减、乘、除等计数而不是利
16、用逻辑电路进行加、减、乘、除等运算。但是，也存在一些严重问题运算。但是，也存在一些严重问题采用十进制运算，因没有十种稳定状态的电气元件，采用十进制运算，因没有十种稳定状态的电气元件，影响了运算速度影响了运算速度无程序存储功能，所有功能需要手工设置开关和连线无程序存储功能，所有功能需要手工设置开关和连线来完成来完成功耗大，功耗大，ENIACENIAC一启动，费城周围的所有灯光都会变暗一启动，费城周围的所有灯光都会变暗7/27/202418 1.2 计算机的发展计算机的发展计算机的分代根据电子计算机所采用的电子器件，一般把电子计算机发展分为四个阶段。阶段阶段年份年份器件器件软件软件一一 46-58
17、46-58电子管电子管机器语言机器语言二二58-6458-64晶体管晶体管汇编语言汇编语言 三三64-7064-70集成电路集成电路操作系统操作系统四四7070年迄今年迄今大规模集成电路大规模集成电路数据库、网络等数据库、网络等7/27/202419 1.2 计算机的发展计算机的发展采用电子管作为逻辑元件是第一代计算机的标志采用电子管作为逻辑元件是第一代计算机的标志19501950问世的计算机问世的计算机EDVACEDVAC（Electronic Discrete Electronic Discrete Variable Automatic ComputerVariable Automatic
18、 Computer，离散变量自动计算机），离散变量自动计算机），首次实现了冯，首次实现了冯诺依曼体系的两个重要设想诺依曼体系的两个重要设想 IBMIBM公司公司19521952年推出的年推出的IBM 701IBM 701在商战中胜出，不仅使在商战中胜出，不仅使IBMIBM实现了全面的转型，更奠定了实现了全面的转型，更奠定了IBMIBM的产业霸主地位的产业霸主地位电子管IBM7017/27/202420 1.2 计算机的发展计算机的发展电子计算机电子器件的演变电子计算机电子器件的演变7/27/202421 晶体管世界上第一台晶体管计算机TRADIC第二代电子计算机（晶体管计算机）代表机型IBM7
19、094控制台外观7/27/202422 集成电路的发明开拓了电子器件微型化的新纪元，引领集成电路的发明开拓了电子器件微型化的新纪元，引领人们走进信息社会。它的诞生使微处理器的出现成为了可人们走进信息社会。它的诞生使微处理器的出现成为了可能，也使计算机走进人们生产、生活的各个领域，成为人能，也使计算机走进人们生产、生活的各个领域，成为人们工作、学习、娱乐不可或缺的工具。们工作、学习、娱乐不可或缺的工具。 1958年杰克基尔比发明的世界上第一块基于锗的集成电路1959年罗伯特诺伊斯发明的基于硅的集成电路集成电路1962年，世界上第一台采用集成电路计算机IBM3607/27/202423 IBM36
20、0的贡献的贡献IBM S/360IBM S/360计算机的研制过程为现代计算机发展做计算机的研制过程为现代计算机发展做出了重大的贡献。出了重大的贡献。提出了“兼容性”的概念“兼容性”意味着IBM计算机不管型号上有多大的区别，但必须能够用相同的方式处理相同的指令，共享相同的软件，配置相同的外设，并能够相互连接在一起工作。在此以前，仅IBM公司晶体管计算机就有20多个型号，并且软件、硬件都不能互换使用，给用户带来了极大的不便。开创了软件研发的新纪元为了让软件能够适用于所有的计算机，必须编制几百万条计算机指令。投入编写程序的软件工程师多达2000人，第一次使软件开发的费用超过了硬件。7/27/202
21、424 1971年，Intel推出的世界上第一款微处理器4004采用Intel 4004 CPU的Busicom 141-PF计算器，其计算性能与世界上第一台电子管计算机ENIAC（占地167平方米）相当1981年，IBM公司推出的第一台PCIBM51507/27/202425 1.2 计算机的发展计算机的发展我国电子计算机的发展我国电子计算机的发展19581958年，我国第一台小型电子管通用计算机年，我国第一台小型电子管通用计算机103103机（八一型）机（八一型）20012001年，中科院计算所研制成功我国第一款通用年，中科院计算所研制成功我国第一款通用CPU,CPU,”龙芯龙芯”芯片芯片
22、目前，我国是第三个拥有制造十万亿次超级计算机能力的国目前，我国是第三个拥有制造十万亿次超级计算机能力的国家家遗憾和落后：高性能遗憾和落后：高性能CPUCPU等器件的设计和生产能力仍然很低等器件的设计和生产能力仍然很低7/27/202426 1.2 计算机的发展计算机的发展随着技术的进展，计算机按规模、速度和功能等随着技术的进展，计算机按规模、速度和功能等开始分化成开始分化成巨型机、通用大型机、小型机和微型机。它们之间的基本区别通常在于其体积大小、。它们之间的基本区别通常在于其体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容量、指令系统和设备、软件
23、配置等的不同。容量、指令系统和设备、软件配置等的不同。这个时代，微处理器的问世，是微电子领域有史这个时代，微处理器的问世，是微电子领域有史以来最重要的发明之一，微处理器时代的到来预以来最重要的发明之一，微处理器时代的到来预示着微型计算机将获得广泛的应用，更多计算机示着微型计算机将获得广泛的应用，更多计算机的出现将对人类社会产生翻天覆地的影响。的出现将对人类社会产生翻天覆地的影响。7/27/202427 巨型机巨型机超级计算机超级计算机美国能源部下属洛斯阿拉莫斯国家实验室美国能源部下属洛斯阿拉莫斯国家实验室(Alamos (Alamos National Laboratory)National
24、Laboratory)的的IBMIBM超级计算机超级计算机“走鹃走鹃”（RoadrunnerRoadrunner）, ,每秒每秒1.1051.105千万亿次千万亿次(petaflop/s)(petaflop/s)的浮的浮点运算速度点运算速度1296012960个个IBM PowerXCell 8i CPUIBM PowerXCell 8i CPU64806480个个AMDAMD公司的公司的OpeteronOpeteron双核处理器双核处理器内存内存 103.6TB 103.6TB7/27/202428 巨型机巨型机超级计算机超级计算机20082008年年8 8月，百万亿次运算月，百万亿次运算
25、的的“曙光曙光5000A”5000A”超级计算机超级计算机峰值运算达峰值运算达230230万亿次每秒，运算速度在当时万亿次每秒，运算速度在当时相当于世界第七相当于世界第七 7/27/202429 TOP500中国目前运行速度最快的计算机中国目前运行速度最快的计算机千万亿次超千万亿次超级计算机曙光级计算机曙光“星云星云”于于20102010年底落户深圳。年底落户深圳。 曙曙光光“星云星云”由曙光公司天津产业基地研制生产，由曙光公司天津产业基地研制生产，其系统峰值为每秒其系统峰值为每秒30003000万亿次，实测万亿次，实测LinpackLinpack性能性能达到每秒达到每秒12711271万亿次
26、，是中国第一台、世界第三万亿次，是中国第一台、世界第三台实测双精度浮点计算超过千万亿次的超级计算台实测双精度浮点计算超过千万亿次的超级计算机。在机。在20102010年年5 5月月3131日发布的第日发布的第3535届全球超级计算届全球超级计算机机500500强排名中，名列第二位。强排名中，名列第二位。http:/www.top500.org/ http:/www.top500.org/ 7/27/202430 大型机大型机大型机（大型机（MainframeMainframe）是指在各个大企）是指在各个大企业、大机关、大公司里面使用的大型计业、大机关、大公司里面使用的大型计算机系统。，最初这样
27、的计算机都是装算机系统。，最初这样的计算机都是装在带框（在带框（frameframe）的大铁盒子里面，故此）的大铁盒子里面，故此而得名。而得名。有完善的指令系统、丰富的外部设备和功能有完善的指令系统、丰富的外部设备和功能齐全的软件系统，具有很强的管理和处理数齐全的软件系统，具有很强的管理和处理数据的能力。据的能力。主要用于银行业务、大型企业管理、高校和主要用于银行业务、大型企业管理、高校和科研所的科学计算、计算中心和计算机网络科研所的科学计算、计算中心和计算机网络等。等。IBMIBM公司一直在大型主机市场处于霸主地位公司一直在大型主机市场处于霸主地位可靠性（可靠性（R R）、可用性（）、可用性
28、（A A）、服务性（）、服务性（S S） 7/27/202431 小型机小型机小型机（小型机（MinicomputerMinicomputer）是相对大型机而言的。在计算机）是相对大型机而言的。在计算机的历史上，小型机曾经风光一时。上个世纪的历史上，小型机曾经风光一时。上个世纪6060年代，晶体年代，晶体管发明以后，开始出现一种体积比大型机小，功率损耗比管发明以后，开始出现一种体积比大型机小，功率损耗比大型机少，价格比大型机便宜很多的计算机，开始在各个大型机少，价格比大型机便宜很多的计算机，开始在各个商业，教学，事业单位使用。商业，教学，事业单位使用。 7/27/202432 1.2 计算机的
29、发展计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展直到直到7070年代大规模集成电路的发展年代大规模集成电路的发展及微处理器及微处理器Intel 4004Intel 4004和和Intel Intel 80088008的出现，导致了微机的诞生。的出现，导致了微机的诞生。微机是以微机是以微处理器微处理器（控制器和运算（控制器和运算器）为核心，配备上存储器，输入器）为核心，配备上存储器，输入和输出设备的计算机。和输出设备的计算机。微机的发展是随着微机的发展是随着微处理器微处理器的发展的发展而发展的而发展的7/27/202433 1.2 计算机的发展计算机的发展第一代：微型计算机（第一代：微型计算机（
30、1971197119721972年）年）以以4 4位微处理位微处理Intel4004Intel4004、Intel4040Intel4040等为代表的微型计算机。等为代表的微型计算机。第二代：微型计算机（第二代：微型计算机（1973197319771977年）年）以以8 8位微处理位微处理Intel8080Intel8080、ZilogZ80ZilogZ80、Motorola 6502Motorola 6502为代表的微型为代表的微型计算机。计算机。第三代：第三代： 微型计算机（微型计算机（1978197819811981年）年）以以1616位微处理位微处理Intel8086Intel8086
31、、80888088、8028680286为代表的微型计算机。如为代表的微型计算机。如IBM PCIBM PC机和机和286286微型计算机。微型计算机。第四代：微型计算机（第四代：微型计算机（1981198120012001）以以3232位微处理位微处理Intel 80386Intel 80386、Intel 80486Intel 80486、Pentium Pentium （586586）、）、Pentium/IVPentium/IV为代表。为代表。第五代：微型计算机（第五代：微型计算机（20012001以后）以后）Intel 64Intel 64位奔四处理器位奔四处理器AMDAMD推出推出
32、6464位处理器：位处理器：OpteronOpteron（皓龙）（皓龙）20032003年年3 3月，月，IntelIntel有史以来首次发布一种完整的计算解决方案有史以来首次发布一种完整的计算解决方案迅驰移动计算技术迅驰移动计算技术中国：龙芯二号中国：龙芯二号7/27/202434 7/27/202435 7/27/202436 1.2 计算机的发展计算机的发展摩尔定律摩尔定律19651965年年4 4月，戈登月，戈登摩摩尔（尔（Gorden MooreGorden Moore）在）在电子学杂志上发表电子学杂志上发表文章预言：集成电路芯文章预言：集成电路芯片上集成的晶体管数量片上集成的晶体管
33、数量将每年翻一番。将每年翻一番。19751975年，摩尔又在国际年，摩尔又在国际电信联盟的学术年会上电信联盟的学术年会上提交了一篇论文，根据提交了一篇论文，根据当时的实际情况把增长当时的实际情况把增长率修正为每两年翻一番。率修正为每两年翻一番。 7/27/202437 提纲提纲一、计算机概述一、计算机概述二、计算机的发展二、计算机的发展三、计算机的主要应用领域三、计算机的主要应用领域四、计算机系统的主要技术指标四、计算机系统的主要技术指标五、未来计算机的发展趋势五、未来计算机的发展趋势7/27/202438 1 、科学计算、科学计算 也称数值计算，是指用计算机来解决科学研究和工程技术中所提出的
34、复杂的数学问题。计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域7/27/202439 2 、数据处理、数据处理 也称信息据处理，计算机可以在短时间内对大量数据及各种各样的数据进行处理，以满足信息时代的要求。 7/27/202440 3 、自动控制、自动控制 自动控制是指在工业生产过程中，对控制对象进行自动控制和自动调节的控制方式，又叫过程控制。 7/27/202441 4、 计算机辅助设计计算机辅助设计 利用计算机来辅助人们设计和制造产品。7/27/202442 5、 计算机网络计算机网络 将在不同地理位置上的计算机或终端连接起来，实现计算机资源共享和通信。 7/27/202443 6、 娱乐娱乐
35、可以用微型计算机进行各种娱乐活动。如游戏、听音乐、看电影、新闻等。 7/27/202444 提纲提纲一、计算机概述一、计算机概述二、计算机的发展二、计算机的发展三、计算机的主要应用领域三、计算机的主要应用领域四、计算机系统的主要技术指标四、计算机系统的主要技术指标五、未来计算机的发展趋势五、未来计算机的发展趋势7/27/202445 运算速度运算速度字长字长主频主频内存容量内存容量外设配置外设配置1.4 计算机系统的主要技术指标计算机系统的主要技术指标7/27/202446 运运算算速速度度是是指指计计算算机机每每秒秒钟钟内内执执行行指指令令的的数数目目，单单位位用用MIPS(Million
36、MIPS(Million of of Instructions Instructions Per Per SecondSecond，百百万万条条指指令令秒秒) )表表示示。目目前前微微机机的的运运算算速速度度已已达达到到几几千千万万次加减法指令次加减法指令/ /每秒。每秒。截止2009年，IBM的走鹃（Roadrunner）是世界上运行速度最快的计算机，其每秒钟的浮点运算速度为1.105千万亿次(petaflop/s)TipsTips 有有时时候候，计计算算机机运运算算速速度度还还用用“浮浮点点运运算算次次数数”描描述述。浮浮点点是是指指浮浮点点数数，就就是是带带小小数数的的数数。浮浮点点运运
37、算算比比一一般般的的整整数数运运算算要要复复杂杂得得多多。巨巨型型机机的的速速度度都都是是用用浮浮点点运运算算次次数数来来描描述述。浮浮点点运运算算次次数数的英文简称是的英文简称是FLOPsFLOPs，是，是FLoating point OPerationsFLoating point OPerations的缩写。的缩写。1. 运算速度7/27/202447 指计算机一次能直接处理的二进制数据的指计算机一次能直接处理的二进制数据的位数。如一台位数。如一台CPUCPU字长为字长为3232位，表示其一次位，表示其一次能处理的最大二进制数为能处理的最大二进制数为3232。字长的位数。字长的位数越多，
38、计算机的运算能力越强，精度越高。越多，计算机的运算能力越强，精度越高。2. 字长7/27/202448 3. 主频主频是指主频是指CPUCPU的时钟频率，的时钟频率，即即CPUCPU在单位时间（秒）在单位时间（秒）内平均内平均“操作操作”的次数。的次数。通常，时钟频率以兆赫通常，时钟频率以兆赫（MHzMHz）为单位。时钟频）为单位。时钟频率越高，其运算速度就越率越高，其运算速度就越快。快。 主频主频= =外频外频* *倍频（倍频（MHzMHz）Intel CPUIntel CPU前端总线前端总线= =外频外频*4*4（MHzMHz）AMD CPU AMD CPU 前端总线前端总线= =外频外频
39、*2*2（MHzMHz）CPUCPU数据带宽数据带宽= =前端总线前端总线*8*8（MB/sMB/s）7/27/202449 4. 内存容量主主存存储储器器简简称称内内存存。内内存存越越大大，则则运运算算或或处处理理信信息息的的速速度度更更快快和和容容量量更更多多。但但内内存存容容量量越越大大，机机器价格也越高。器价格也越高。 存存储储容容量量一一般般KBKB、MBMB和和GBGB为为单单位位，B B （ByteByte）为字节，为字节，8 8位位(bit)(bit)二进制数为一个字节，二进制数为一个字节， 1B = 8bit 1B = 8bit 1KB 1KB1024B = 21024B =
40、 21010ByteByte 1MB 1MBl024KBl024KB 1GB 1GB1024MB1024MB 1TB 1TB 1024GB1024GB 7/27/202450 5. 高速缓存主存的存取速度有限，主存的存取速度有限，CPUCPU的速度很快，所以当的速度很快，所以当CPUCPU从主存从主存中读取或写入数据时常常需要等待。为了更好提高中读取或写入数据时常常需要等待。为了更好提高CPUCPU的的效率，产生了高速缓存技术效率，产生了高速缓存技术CacheCache。高速缓存位于。高速缓存位于CPUCPU和主和主存之间，用于协调存之间，用于协调CPUCPU和主存之间的数据传输，即暂存和主存
41、之间的数据传输，即暂存CPUCPU最经常需要使用的部分数据和指令，因为高速缓存最经常需要使用的部分数据和指令，因为高速缓存CacheCache存取速度高于主存，能够大大提高系统性能，但存取速度高于主存，能够大大提高系统性能，但CacheCache一一般价格较高，因此容量较小。般价格较高，因此容量较小。现代计算机一般使用两级缓存技术，其中一级缓存与现代计算机一般使用两级缓存技术，其中一级缓存与CPUCPU集成在一起，速度接近集成在一起，速度接近CPUCPU；二级缓存在主板上，可扩展。；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。一般来说，缓存越大，系统的性能越好。7/27/20
42、2451 提纲提纲一、计算机概述一、计算机概述二、计算机的发展简史二、计算机的发展简史三、计算机的主要应用领域三、计算机的主要应用领域四、计算机系统的主要技术指标四、计算机系统的主要技术指标五、未来计算机的发展趋势五、未来计算机的发展趋势7/27/202452 1.5 未来计算机的发展趋势未来计算机的发展趋势冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构巨型化、微型化、网络化、多媒体化、智能化巨型化、微型化、网络化、多媒体化、智能化 利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机运行速度的利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机运行速度的新技术，新技术， “ “空气胶滞体空气胶滞体”导线导线 非冯非冯诺依曼结构诺依曼结构
43、有可能引发计算机革命的新技术至少有三种：有可能引发计算机革命的新技术至少有三种：生物计算机的兴起生物计算机的兴起光子计算机光子计算机量子计算机量子计算机 7/27/202453 生物计算机生物计算机 采采用用了了生生物物芯芯片片，更更高高速速、更更低低能能耗耗、具具有有生生物物体体的一些自适应自修复特点的一些自适应自修复特点光子计算机光子计算机 在光子计算技术中，光能够像电一样传送信息，甚在光子计算技术中，光能够像电一样传送信息，甚至传送效果更好至传送效果更好 。 优点：优点：光传输速度快光传输速度快，光器件能耗低。预计，光子光器件能耗低。预计，光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快计算
44、机的运算速度可能比今天的超级计算机快10001000。 难点难点：光学晶体管：光学晶体管的制造技术还不成熟。的制造技术还不成熟。量子计算机量子计算机 潜在的运算速度是无止境的。潜在的运算速度是无止境的。第五代计算机第五代计算机 日本为主日本为主7/27/202454 题后语题后语计算机与通信计算机与通信信息与通讯技术（信息与通讯技术（InformationandInformationandCommunicationsCommunicationsTechnologyTechnology，简称，简称ICTICT） I I与与C C的融合，已经带来巨大的成功，未来的融合，已经带来巨大的成功，未来ICTICT更是潜力无穷更是潜力无穷智慧地球智慧地球感知中国感知中国下一代网络、泛在网络、三网融合下一代网络、泛在网络、三网融合7/27/202455 课后练习课后练习课后选择题课后选择题 1-12 1-12从课后简答题从课后简答题 14 14、1616、1717中任选一题中任选一题7/27/202456 The EndThe End7/27/202457
