第二章计算机发展及应用精选文档.ppt

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1、第二章计算机发展及应用本讲稿第一页，共三十三页内容提要内容提要2.3 计算机的展望计算机的展望2.2 计算机的应用计算机的应用2.1 计算机的发展史计算机的发展史本讲稿第二页，共三十三页2.1 计算机的发展史计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展计算机的产生和发展1946年年 美国美国 ENIAC1955年退役年退役十进制运算十进制运算18 0001 500150301 500多个电子管多个电子管多个继电器多个继电器千瓦千瓦吨吨平方英尺平方英尺5 000次加法秒次加法秒用手工搬动开关和拔插电缆来编程用手工搬动开关和拔插电缆来编程本讲稿第三页，共三十三页世界上第一台电子计算机世界上第一台电

2、子计算机 ENIAC(1946)2.1本讲稿第四页，共三十三页5第一台数字电子计算机ENIAC Herman H.Goldstine 二战期间美国设在马里兰州阿伯丁试验基地的弹道研究二战期间美国设在马里兰州阿伯丁试验基地的弹道研究室每天要为陆军提供室每天要为陆军提供6张火力表。弹道的计算比较复杂，不同的张火力表。弹道的计算比较复杂，不同的大炮有不同的弹道轨迹，同时还受到地形、风向、射击角度和炮弹大炮有不同的弹道轨迹，同时还受到地形、风向、射击角度和炮弹的类型等许多因素的制约，一张表要计算几百条弹道轨迹。的类型等许多因素的制约，一张表要计算几百条弹道轨迹。一个熟练的计算人员用台式计算机计算一条飞

3、行时间一个熟练的计算人员用台式计算机计算一条飞行时间60秒秒的弹道就得需要的弹道就得需要20多小时。多小时。当时，负责阿伯丁弹道研究室弹道计算任务的是拥有数学当时，负责阿伯丁弹道研究室弹道计算任务的是拥有数学博士学位的博士学位的陆军中尉赫尔曼陆军中尉赫尔曼戈德斯坦戈德斯坦。一个偶然的机会，。一个偶然的机会，戈德斯坦得知宾夕法尼亚大学莫尔电工学院有人正在进行电戈德斯坦得知宾夕法尼亚大学莫尔电工学院有人正在进行电子计算装置的研制，便当即决定给予支持。子计算装置的研制，便当即决定给予支持。本讲稿第五页，共三十三页6第一台数字电子计算机ENIAC John W.Mauchly 1942年年8月，莫克莱

4、与戈德斯坦共同起草了一份题为月，莫克莱与戈德斯坦共同起草了一份题为高速电子管计算装置的使用高速电子管计算装置的使用(The Use of High-Speed Vacuum Tube Device for Calculating)的报告，提出了电子计算机的设计方的报告，提出了电子计算机的设计方案，它是一台案，它是一台“电子数值积分计算机（电子数值积分计算机（Electronic Numerical Integrator And Calculator）”，简，简称称ENIAC。Herman H.Goldstine本讲稿第六页，共三十三页7 ENIAC主频主频100 kHz，加法时间，加法时间0.

5、2ms，乘法时间，乘法时间2.8ms。ENIAC重达重达30吨，占地吨，占地170平方米，共用了平方米，共用了18600个电子管，运算速度达到每秒个电子管，运算速度达到每秒5000次，比当时的计算机快次，比当时的计算机快1000倍，是手工计算的倍，是手工计算的200,000倍。但也存在着严重的不足：倍。但也存在着严重的不足：使用十进制，一方面造成数据存储十分困难，因为很难找到具有十种不同稳使用十进制，一方面造成数据存储十分困难，因为很难找到具有十种不同稳定状态的电气元件；另一方面十进制运算电路比较复杂，影响了计算速度。定状态的电气元件；另一方面十进制运算电路比较复杂，影响了计算速度。无程序存储

6、功能，无程序存储功能，ENIAC为外插接型计算机，所有计算的控制需要通过手工与其板面开为外插接型计算机，所有计算的控制需要通过手工与其板面开关和插接导线来完成。关和插接导线来完成。存储容量小，只有存储容量小，只有20个字节的寄存器存储数字。个字节的寄存器存储数字。故障率高，维护量大。故障率高，维护量大。ENIAC由近由近2万只电子管组成，电子管工作时散发的热量很万只电子管组成，电子管工作时散发的热量很大，影响了电子管的使用寿命。大，影响了电子管的使用寿命。功耗大，功耗大，ENIAC工作时耗电量为工作时耗电量为150千瓦。千瓦。第一台数字电子计算机ENIAC 本讲稿第七页，共三十三页8数字电子计

7、算机数字电子计算机数字电子计算机数字电子计算机第一代：约第一代：约1946-1957 1946-1957 电子真空管电子真空管第二代：约第二代：约1957-1964 1957-1964 晶体管晶体管第三代：约第三代：约1965-1971 1965-1971 中小规模集成电路中小规模集成电路第四代：约第四代：约1972-19771972-1977 大规模集成电路大规模集成电路威廉威廉肖克利，晶体管之父肖克利，晶体管之父19561956年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖杰克杰克基尔比，集成电路之父基尔比，集成电路之父20002000年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖发明人：罗伯特发明人：罗伯特诺伊斯、

8、杰克诺伊斯、杰克基尔比基尔比本讲稿第八页，共三十三页硬件技术对计算机更新换代的影响硬件技术对计算机更新换代的影响 100 000 000 超大规模超大规模 集成电路集成电路 1978现在现在五五 10 000 000 大规模大规模 集成电路集成电路 19721977 1 000 000 中小规模中小规模 集成电路集成电路 19651971 200 000 晶体管晶体管 19581964 40 000 电子管电子管 19461957 速度速度 /（次（次/秒）秒）硬件技术硬件技术 时间时间 代代三三四四二二一一2.1本讲稿第九页，共三十三页102.1.2 2.1.2 微型计算机的出现和发展微型计

9、算机的出现和发展1968 年，罗伯特年，罗伯特诺伊斯（诺伊斯（Robert Noyce）、戈登）、戈登摩尔（摩尔（Gordon Moore）和安迪）和安迪格鲁夫（格鲁夫（Andy Grove）在硅谷共同创立了英特尔公司。）在硅谷共同创立了英特尔公司。Only the Paranoid Survive!-Andy Grove了解了解本讲稿第十页，共三十三页11摩尔定律lMoores Law：The number of transistors per integrated circuit would double every 18 month.l这个论断是在第一块平面集成电路产生4年以后的1965

10、年做出的。l当时认为这个发展趋势将持续到1975年。IntelIntel公司创建人之公司创建人之一戈登一戈登摩尔摩尔l事实上，这个发展规律在目前仍是正确的。事实上，这个发展规律在目前仍是正确的。本讲稿第十一页，共三十三页12IntelIntel微处理器发展概述微处理器发展概述 1.1.第第1 1代微处理器代微处理器 lIntel4004/4040Intel4004/40404 4位微处理器位微处理器(1971)(1971)lIntel8008 Intel8008 低档低档8 8位微处理器位微处理器(1972)(1972)2.2.第第2 2代微处理器代微处理器 lIntel8080/8085In

11、tel8080/8085 8 8位微处理器位微处理器(1974)(1974)l指令比较完善，有了中断与指令比较完善，有了中断与DMADMAl汇编、汇编、BASICBASIC、FORTRANFORTRANIntel 4004Intel 8085了解了解本讲稿第十二页，共三十三页133.3.第第3 3代微处理器代微处理器 lIntel808616位微处理器(1978)数据总线16位、地址总线20位lIntel8088 准16位微处理器(1979)外部数据总线8位，内部数据总线16位IBM PC(1981)、IBM PC/XTlIntel80286 高档16位微处理器(1982)数据总线16位，地址

12、总线24位IBM PC/AT 实地址模式、虚地址保护模式 虚地址模式可寻址16MB物理地址和1GB的虚拟地址IntelIntel微处理器发展概述微处理器发展概述 了解了解本讲稿第十三页，共三十三页14Intel微处理器发展概述了解了解本讲稿第十四页，共三十三页15Intel 公司的典型微处理器产品公司的典型微处理器产品8080 8位位 1974年年8086 16位位 1979年年 2.9 万个晶体管万个晶体管80286 16位位 1982年年 13.4 万个晶体管万个晶体管80386 32位位 1985年年 27.5 万个晶体管万个晶体管80486 32位位 1989年年 120.0 万个晶体

13、管万个晶体管Pentium 64位（准）位（准）1993年年 310.0 万个晶体管万个晶体管Pentium Pro 64位（准）位（准）1995年年 550.0 万个晶体管万个晶体管Pentium 64位（准）位（准）1997年年 750.0 万个晶体管万个晶体管Pentium 64位（准）位（准）1999年年 950.0 万个晶体管万个晶体管Pentium 64位位 2000年年 4 200.0 万个晶体管万个晶体管2.12007 年年 芯片上可集成芯片上可集成 3 亿亿 5 千万千万 个个晶体管晶体管 预计预计2010 年年 芯片上可集成芯片上可集成 8 亿亿 个晶体管个晶体管本讲稿第十

14、五页，共三十三页第一台第一台von Neumann 系统结构的计算机系统结构的计算机2.1本讲稿第十六页，共三十三页IBM System360 2.1本讲稿第十七页，共三十三页2.11:chinaSystem Name：Tianhe-1A Site：National Supercomputing Center in TianjinApplication area：Research Main Memory：229376 GB Installation Year：2010 Operating System：Linux Processor：Intel EM64T 最大平均速度最大平均速度:2566.

15、00 TFLOPS Power:4040.00KW 最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机（截止到（截止到 2010.11）本讲稿第十八页，共三十三页2.1最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机（截止到（截止到 2007.11）2:United StatesSystem Name：Jaguar Site：DOE/SC/Oak Ridge National LaboratoryApplication area：Research 最大平均速度最大平均速度:1759.00 TFLOPSPower:6950.60 KW 本讲稿第十九页，共三十三页2.1最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机（截止

16、到（截止到 2007.11）3:chinaSystem Name：Nebulae(星云）星云）Site：National Supercomputing Centre in Shenzhen Application area：Research 最大平均速度最大平均速度:1271.00 TFLOPSPower:2580.00KW 本讲稿第二十页，共三十三页2.1最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机（截止到（截止到 2007.11）4:JapanSystem Name：TSUBAME 2.0 Site：GSIC Center,Tokyo Institute of TechnologyApplic

17、ation area：Research 最大平均速度最大平均速度:1192.00TFLOPSPower:1398.61KW 本讲稿第二十一页，共三十三页2.1最快的五台超级计算机最快的五台超级计算机（截止到（截止到 2007.11）5:United StatesSystem Name：Hopper Site：DOE/SC/LBNL/NERSCApplication area：Research 最大平均速度最大平均速度:1054.00 TFLOPSPower:2910.00KW 本讲稿第二十二页，共三十三页2.1最权威的超级计算机排名的参考网址最权威的超级计算机排名的参考网址 http:/www

18、.top500.org本讲稿第二十三页，共三十三页2.1.3 软件技术的兴起和发展软件技术的兴起和发展机器语言机器语言 面向机器面向机器汇编语言汇编语言 面向机器面向机器高级语言高级语言 面向问题面向问题FORTRAN 科学计算和工程计算科学计算和工程计算PASCAL 结构化程序设计结构化程序设计C 面向对象面向对象Java 适应网络环境适应网络环境 1.各种语言各种语言2.1本讲稿第二十四页，共三十三页25l世界上第一位程序员是谁？l唐璜的作者？英国诗人拜伦本讲稿第二十五页，共三十三页26爱达洛夫雷斯 在爱达在爱达27岁时岁时(1843年年)，她成为巴贝奇科学研，她成为巴贝奇科学研究上的合作

19、伙伴。爱达非常准确地评价道：究上的合作伙伴。爱达非常准确地评价道：“分析分析机机编织编织的代数模式同杰卡德织布机编织的花叶的代数模式同杰卡德织布机编织的花叶完全一样完全一样”。于是，为分析机编制一批函数计算程。于是，为分析机编制一批函数计算程序的重担，落到了她的肩头。爱达开天辟地第一次序的重担，落到了她的肩头。爱达开天辟地第一次为计算机编出了程序，其中包括计算三角函数的程为计算机编出了程序，其中包括计算三角函数的程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等。爱达编序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等。爱达编制的这些程序，即使到了今天，电脑软件界的后辈制的这些程序，即使到了今天，电脑软件界的后辈仍然不

20、敢轻易改动一条指令。人们公认她是世界上仍然不敢轻易改动一条指令。人们公认她是世界上第一位软件工程师。第一位软件工程师。爱达洛夫雷斯英国诗人拜伦之女 本讲稿第二十六页，共三十三页27爱达的主要贡献1、指出分析机可以编程，发现编程的、指出分析机可以编程，发现编程的基本要素，如循环、子程序，被誉为世基本要素，如循环、子程序，被誉为世界上第一位程序员。界上第一位程序员。2、建议分析机用二进制存储。、建议分析机用二进制存储。3、预言分析机能唱歌、绘画。、预言分析机能唱歌、绘画。身披素雅的斗蓬身披素雅的斗蓬鬓角上斜插一朵白色的康乃馨鬓角上斜插一朵白色的康乃馨显得那么典雅端庄显得那么典雅端庄 本讲稿第二十七

21、页，共三十三页2.系统软件系统软件语言处理程序语言处理程序 汇编程序汇编程序 编译程序编译程序 解释程序解释程序操作系统操作系统 DOS UNIX Windows 服务性程序服务性程序 装配装配 调试调试 诊断诊断 排错排错数据库管理系统数据库管理系统 数据库和数据库管理软件数据库和数据库管理软件网络软件网络软件2.1本讲稿第二十八页，共三十三页3.软件发展的特点软件发展的特点 开发周期长开发周期长 制作成本昂贵制作成本昂贵 检测软件产品质量的特殊性检测软件产品质量的特殊性软件是程序以及开发、使用和软件是程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档维护程序所需要的所有文档2.1本讲稿第二十九页

22、，共三十三页2.2 计算机的应用计算机的应用一、科学计算和数据处理一、科学计算和数据处理二、工业控制和实时控制二、工业控制和实时控制三、网络技术三、网络技术1.电子商务电子商务2.网络教育网络教育3.敏捷制造敏捷制造本讲稿第三十页，共三十三页四、虚拟现实四、虚拟现实五、办公自动化和管理信息系统五、办公自动化和管理信息系统六、六、CAD/CAM/CIMS七、多媒体技术七、多媒体技术八、人工智能八、人工智能2.2本讲稿第三十一页，共三十三页2.3 计算机的展望计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级一、计算机具有类似人脑的一些超级 智能功能智能功能要求计算机的速度达要求计算机的速度达1015/秒秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制l 芯片集成度受物理极限的制约芯片集成度受物理极限的制约l 按几何级数递增的制作成本按几何级数递增的制作成本l 芯片的功耗、散热、线延迟芯片的功耗、散热、线延迟本讲稿第三十二页，共三十三页三、？替代传统的硅芯片三、？替代传统的硅芯片1.光计算机光计算机2.DNA生物计算机生物计算机3.量子计算机量子计算机利用光子取代电子进行运算和存储利用光子取代电子进行运算和存储通过控制通过控制DNA分子间的生化反应分子间的生化反应利用原子所具有的量子特性利用原子所具有的量子特性2.3本讲稿第三十三页，共三十三页