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1、计算机应用技术及发展本讲稿第一页，共十六页第一台通用电子计算机：第一台通用电子计算机：ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator电子数值积分和计算机）电子数值积分和计算机）军事需要：弹道计算军事需要：弹道计算1946年年2月月14日，日，Moore School，18,000个电子管组成个电子管组成大小：长大小：长24m24m，宽，宽6m6m，高，高2.5m2.5m 速度：速度：50005000次次/sec/sec 重量：重量：3030吨；吨；功率：功率：140KW140KW；平均无故障运行时间：平均无故障运行时间：7min7min

2、这样的计算机能够进入办公这样的计算机能够进入办公室、车间和家庭？当时有的科室、车间和家庭？当时有的科学家认为全世界只需要学家认为全世界只需要4 4台台ENIACENIAC计算机的发展历程计算机的发展历程本讲稿第二页，共十六页现代计算机之父现代计算机之父冯冯.诺伊曼诺伊曼冯冯诺伊曼确定了计算机的五大组成部分的作用和相诺伊曼确定了计算机的五大组成部分的作用和相互联系，形成了计算机的互联系，形成了计算机的“冯冯诺伊曼体系结构诺伊曼体系结构”。这种体系结构和这种体系结构和“存储程序，逐条执行存储程序，逐条执行”的设计思想决的设计思想决定了计算机用串行方式工作。定了计算机用串行方式工作。串行工作方式很难

3、再提高计算机的运行速度，目前已串行工作方式很难再提高计算机的运行速度，目前已经进行了并行计算机和并行算法的研究，并且在诺伊经进行了并行计算机和并行算法的研究，并且在诺伊曼计算机体系结构下部分实现了一些并行处理。曼计算机体系结构下部分实现了一些并行处理。计算机从第一代发展到当今第四代，无论速度如何提高、计算机从第一代发展到当今第四代，无论速度如何提高、功能如何强大，软件如何更新，其基本工作原理和体系功能如何强大，软件如何更新，其基本工作原理和体系结构并没有根本的改变。结构并没有根本的改变。本讲稿第三页，共十六页第一代第一代 电子管计算机（电子管计算机（19461957)19461957)：运算仅

4、为几千到几万次，体积大，：运算仅为几千到几万次，体积大，耗电、价格昂贵、运算速度和可靠耗电、价格昂贵、运算速度和可靠性低，科学计算、机器语言，仅用性低，科学计算、机器语言，仅用于军事和科学研究工作中于军事和科学研究工作中第二代第二代 晶体管计算机（晶体管计算机（19581964)19581964)：运算为几十次、体积相对较小、成本低、运算为几十次、体积相对较小、成本低、功能强、运算速度和可靠性加强，数据功能强、运算速度和可靠性加强，数据处理和自动控制，汇编语言与高级语言，处理和自动控制，汇编语言与高级语言，除用于军事和科学研究工作外还用于数除用于军事和科学研究工作外还用于数据处理和事务处理据处

5、理和事务处理 计算机的发展历程计算机的发展历程本讲稿第四页，共十六页l第三代第三代 集成电路（集成电路（19651970)19651970)：体积、耗电量相对进一步减小，：体积、耗电量相对进一步减小，运算速度和可靠性进一步提高，运算速度和可靠性进一步提高，使用了操作系统，使用了操作系统，应用更加广泛应用更加广泛l第四代第四代 超大规模集成电路超大规模集成电路(1970(1970年以后）：体积小、耗电量大大年以后）：体积小、耗电量大大减少，运算速度和可靠性进一步减少，运算速度和可靠性进一步提高，速度可达到几百万到亿次，提高，速度可达到几百万到亿次，应用进入网络时代应用进入网络时代计算机的发展历程

6、计算机的发展历程本讲稿第五页，共十六页计算机的分类计算机的分类综合性能指标分类综合性能指标分类巨型机：运算度上亿次，速度快、效率高、巨型机：运算度上亿次，速度快、效率高、软硬件配置和功能强，主要在军事技术和尖软硬件配置和功能强，主要在军事技术和尖端科学研究端科学研究大中型机：运算速度在几千万左右价格大中型机：运算速度在几千万左右价格相对便宜，事务处理、信息处理、大型相对便宜，事务处理、信息处理、大型数据库和数据通讯数据库和数据通讯小型机：运算度在几百次左右，体积小、小型机：运算度在几百次左右，体积小、价格低、性能价格高科研究所、普通高价格低、性能价格高科研究所、普通高校等使用校等使用微型机：个

7、人计算机，体积小、价格低、产微型机：个人计算机，体积小、价格低、产量大可靠性高、灵活性强、实用性强、对使量大可靠性高、灵活性强、实用性强、对使用环境要求不高用环境要求不高本讲稿第六页，共十六页微型计算机的发展微型计算机的发展 计算机进入第四代以后，微处理器蓬勃发展，其应用遍及人类生计算机进入第四代以后，微处理器蓬勃发展，其应用遍及人类生计算机进入第四代以后，微处理器蓬勃发展，其应用遍及人类生计算机进入第四代以后，微处理器蓬勃发展，其应用遍及人类生活的各个方面。微型计算机现已成为人类生活不可或缺的朋友。活的各个方面。微型计算机现已成为人类生活不可或缺的朋友。活的各个方面。微型计算机现已成为人类生

8、活不可或缺的朋友。活的各个方面。微型计算机现已成为人类生活不可或缺的朋友。在微型机的发展过程中，有几个著名的公司和个人创造了个人电在微型机的发展过程中，有几个著名的公司和个人创造了个人电在微型机的发展过程中，有几个著名的公司和个人创造了个人电在微型机的发展过程中，有几个著名的公司和个人创造了个人电脑发展史上的里程碑。脑发展史上的里程碑。脑发展史上的里程碑。脑发展史上的里程碑。Intel公司公司 苹果公司苹果公司 微软公司微软公司 蓝色巨人蓝色巨人IBM。本讲稿第七页，共十六页计算机在中国的发展 我我国国的的第第一一台台电电子子计计算算机机是是19581958年年研研制制成成功功的的103103

9、型型电电子子管管计计算算机机。我我国国是是世世界界上上第第三三个个独立研制出电子计算机的国家。独立研制出电子计算机的国家。19641964年年研研究究生生产产了了DJS6DJS6型型，19651965年年开开发发出出了了108108乙乙机机和和109109乙乙机机晶晶体体管管计计算算机机，承承担担第第一一颗颗人人造造卫卫星星的的计计算算工工作作，标标志志我我国国计算机进入第二代。计算机进入第二代。我我国国19831983年年研研制制成成功功了了银银河河巨巨型型机机，运运行行速速度度达达每每秒秒一一亿亿次次，标标志志着着我我国国成成为为少少数数能够独立研制巨型机的国家。能够独立研制巨型机的国家。

10、我国的第一台微型机于我国的第一台微型机于19771977年研制成功。现年研制成功。现在我国已成为世界上第二大计算机市场。计在我国已成为世界上第二大计算机市场。计算机及其相关产业成为我国经济的重要组成算机及其相关产业成为我国经济的重要组成部分。部分。国产国产DJS-6DJS-6型数字计算机型数字计算机 银河亿次巨型机银河亿次巨型机本讲稿第八页，共十六页计算机系统的组成计算机系统的组成本讲稿第九页，共十六页运算器和控制器：计算机的大脑运算器和控制器：计算机的大脑CPUCPU本讲稿第十页，共十六页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存储容量大（具有记忆的能力，几十到几存储

11、容量大（具有记忆的能力，几十到几百百M,M,外存没有限制）外存没有限制）逻辑判断能力强（具有逻辑判断的能力）逻辑判断能力强（具有逻辑判断的能力）高度自动化高度自动化计算机与其它计算工具的本质区别是：能计算机与其它计算工具的本质区别是：能够存储并自动化执行程序够存储并自动化执行程序本讲稿第十一页，共十六页计算机的应用计算机的应用1 1、传统应用、传统应用 科学计算科学计算 过程控制过程控制 事务处理事务处理2 2、现代应用、现代应用 办公自动化办公自动化(OA)(OA)生产自动化生产自动化(PA)(PA)(CAD,CIMS)(CAD,CIMS)数据库数据库(DA)(DA)网络网络(NA)(NA)

12、人工智能人工智能(AI)(AI)计算机模拟计算机模拟(CS)(CS)计算机辅助教育计算机辅助教育(CBE)(CBE)(CAI,CMI)(CAI,CMI)本讲稿第十二页，共十六页计算机未来发展的方向计算机未来发展的方向 智能计算机智能计算机 l第五代第五代 人工智能型计算机人工智能型计算机,从信息处理上升为从信息处理上升为知识处理，模拟人脑的功能，即具有形式化知识处理，模拟人脑的功能，即具有形式化推理、联想、学习和解释处理问题的能力，推理、联想、学习和解释处理问题的能力，被称为人工智能。被称为人工智能。l日本第五代智能计算机日本第五代智能计算机l“3C“3C融合融合”催生第催生第5 5代计算机代

13、计算机本讲稿第十三页，共十六页由摩尔第一定律电脑芯片每由摩尔第一定律电脑芯片每1818个月其上的个月其上的晶体管翻一番，其主要技术是通过减少导晶体管翻一番，其主要技术是通过减少导线和元件尺寸来达到的。随着尺寸的不断线和元件尺寸来达到的。随着尺寸的不断减小，其电子的量子效应不断增加，以至减小，其电子的量子效应不断增加，以至以经典物理为基础的微电子学在电脑芯片以经典物理为基础的微电子学在电脑芯片的发展受到不可逾越的瓶颈。据科学家估的发展受到不可逾越的瓶颈。据科学家估计计20252025电脑芯片的速度将达到物理极限。电脑芯片的速度将达到物理极限。为了突破计算机的运算速度极限，人们开为了突破计算机的运

14、算速度极限，人们开始不断研发新的计算机芯片，其中光子计始不断研发新的计算机芯片，其中光子计算机、生物计算机、量子计算机是前景最算机、生物计算机、量子计算机是前景最光明的三方面。光明的三方面。计算机未来发展的方向计算机未来发展的方向 本讲稿第十四页，共十六页光子计算机光子计算机是根据光学空间的多维特性，为计算机设是根据光学空间的多维特性，为计算机设计新的逻辑结构和运算原理，并充分利用光子元件体计新的逻辑结构和运算原理，并充分利用光子元件体积小、传送信息速度快的特点，用超高速大容量的光积小、传送信息速度快的特点，用超高速大容量的光子元件替代目前计算机中使用的硅化学元件，用光导子元件替代目前计算机中

15、使用的硅化学元件，用光导纤维或光波替代普通金属导线，使用光二极管和光三纤维或光波替代普通金属导线，使用光二极管和光三极管。极管。生物计算机生物计算机是通过对生物的脑和神经系统中信息传递、是通过对生物的脑和神经系统中信息传递、信息处理等原理的进一步研究，设计全新的仿生模式信息处理等原理的进一步研究，设计全新的仿生模式计算机，并与人工智能的研究相互借鉴、共同发展。计算机，并与人工智能的研究相互借鉴、共同发展。模拟生物细胞中的蛋白质和酶等物质的产生过程，制模拟生物细胞中的蛋白质和酶等物质的产生过程，制造出仿生集成芯片来替代目前计算机中使用的半导体造出仿生集成芯片来替代目前计算机中使用的半导体元件。元

16、件。本讲稿第十五页，共十六页量子计算机量子计算机根据原子或原子核所具有的量子学特性来工作。量子根据原子或原子核所具有的量子学特性来工作。量子理论认为，非相互作用下，原子在任一时刻都处于两种状态与组理论认为，非相互作用下，原子在任一时刻都处于两种状态与组成传统计算机二进制语言的成传统计算机二进制语言的“1”1”和和“0”0”相对应。量子计算机相对应。量子计算机由于原子在任一时刻都处于两种状态，任务同时完成，这样由于原子在任一时刻都处于两种状态，任务同时完成，这样就使运算速度发生质的飞跃，这在蛋白质解析和通信加密技就使运算速度发生质的飞跃，这在蛋白质解析和通信加密技术等领域大有用武之地。术等领域大

17、有用武之地。用原子实现的量子计算机只有用原子实现的量子计算机只有5 5个个q-bitq-bit，放在一个试管中而，放在一个试管中而且配备有庞大的外围设备，只能做且配备有庞大的外围设备，只能做1+1=21+1=2的简单运算，正如的简单运算，正如BennettBennett教授所说，教授所说，“现在的量子计算机只是一个玩具，真现在的量子计算机只是一个玩具，真正做到有实用价值的也许是正做到有实用价值的也许是5 5年，年，1010年，甚至是年，甚至是5050年以后年以后”。到那时会出现一种工业，可以将原子计算设备嵌入到任何东到那时会出现一种工业，可以将原子计算设备嵌入到任何东西当中去。不必再像现在这样将一台西当中去。不必再像现在这样将一台PCPC机放在桌子上，也许机放在桌子上，也许到那时候桌子本身就是一台计算机，汽车轮胎可以计算速度和到那时候桌子本身就是一台计算机，汽车轮胎可以计算速度和闸动力，医生可以将微型计算机插入到人体血液中以杀死肿瘤闸动力，医生可以将微型计算机插入到人体血液中以杀死肿瘤细胞细胞不管现在这些还只是科学幻想中的故事，但是随不管现在这些还只是科学幻想中的故事，但是随着量子计算机的发展，一定会实现的。着量子计算机的发展，一定会实现的。本讲稿第十六页，共十六页