計(jì)算機(jī)導(dǎo)論精品PPT-第一章-計(jì)算機(jī)發(fā)展史

1計(jì)算機(jī)發(fā)展史,什么是計(jì)算機(jī)？,Computer,電腦,一種用于高速計(jì)算的電子計(jì)算機(jī)器，可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，又可以進(jìn)行邏輯計(jì)算，還具有存儲(chǔ)記憶功能；是能夠按照程序運(yùn)行，自動(dòng)、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。,需要是發(fā)明之母NecessityistheMotherofInvention.,人類為什么要發(fā)明計(jì)算機(jī)？,1.1早期計(jì)算機(jī)1.1.1早期計(jì)算工具,事大，大結(jié)其繩；事小，小結(jié)其繩。結(jié)之多少，隨物眾寡。,納皮爾算籌岡特尺,1.1.2機(jī)械式計(jì)算機(jī)（1）機(jī)械式加法機(jī)帕斯卡于17世紀(jì)制造出一種機(jī)械式加法機(jī)，它成為世界上第一臺(tái)機(jī)械式計(jì)算機(jī)。,（2）機(jī)械式乘法機(jī)1672年德國(guó)人萊布尼茲發(fā)明了乘法計(jì)算機(jī)。,（3）差分機(jī)和分析機(jī)英國(guó)人查爾斯巴貝奇研制出差分機(jī)和分析機(jī)，為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，差分機(jī)和分析機(jī)占有重要的地位。,（4）手搖式機(jī)械計(jì)算機(jī)手搖計(jì)算機(jī)是1878年由一位在俄國(guó)工作的瑞典發(fā)明家?jiàn)W涅爾制造的，這是一種齒數(shù)可變的齒輪計(jì)算機(jī)。德國(guó)的布龍斯維加公司，他們從1892年起投產(chǎn)，到1912年，年產(chǎn)量已高達(dá)2萬(wàn)臺(tái)。,（5）暢銷的機(jī)械計(jì)算機(jī)1893年，德國(guó)人施泰格爾研制出一種叫作“大富豪”的計(jì)算機(jī)。,（6）制表機(jī)與IBM公司1884年，美國(guó)人赫勒里特獲得了制表機(jī)的第一項(xiàng)專利權(quán)。1896年，赫爾曼赫勒里特在他的發(fā)明基礎(chǔ)上，創(chuàng)辦了當(dāng)時(shí)著名的制表機(jī)公司。1911年，赫勒里特又組建了一家計(jì)算制表記錄公司，該公司到1924年改名為“國(guó)際商用機(jī)器公司”，這就是舉世聞名的美國(guó)IBM公司。,（7）微分分析儀1930年，美國(guó)麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的博士V.布什，在一些工程技術(shù)人員的協(xié)助下，試制出一臺(tái)微分分析儀的樣機(jī)。,（8）Z系列計(jì)算機(jī)德國(guó)科學(xué)家朱斯于20世紀(jì)30年代研制出了著名的Z系列計(jì)算機(jī),（9）K型計(jì)算機(jī)美國(guó)人斯蒂比茲1937年11月發(fā)明K型計(jì)算機(jī)。,（10）M型系列計(jì)算機(jī)1939年9月，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出M-1型計(jì)算機(jī)。1944年和1945年，貝爾實(shí)驗(yàn)室又先后研制出M-3與M-4型機(jī)。1949年，貝爾實(shí)驗(yàn)室又制造出了M-6型計(jì)算機(jī)。,（11）英國(guó)的“巨人”計(jì)算機(jī)1943年12月，第一臺(tái)“巨人”計(jì)算機(jī)在英國(guó)投入運(yùn)行。它破譯密碼的速度快，性能可靠，內(nèi)部有1500只電子管，配備5個(gè)以并行方式工作的處理器，每個(gè)處理器以每秒5000個(gè)字符的速度處理一條帶子上的數(shù)據(jù)。,（12）美國(guó)的全機(jī)電式計(jì)算機(jī)1944年，“馬克”1號(hào)計(jì)算機(jī)在哈佛大學(xué)問(wèn)世，它是一種完全機(jī)電式的計(jì)算機(jī)，長(zhǎng)15米，高2.4米，有15萬(wàn)個(gè)元件，800KM導(dǎo)線，是世界上最早的通用型自動(dòng)機(jī)電式計(jì)算機(jī)之一。,1.2電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史1.2.1準(zhǔn)備（1）圖靈機(jī)圖靈機(jī)是一種抽象計(jì)算模型，用來(lái)精確定義可計(jì)算函數(shù)。由一個(gè)控制器、一條可以無(wú)限延伸的帶子和一個(gè)在帶子上左右移動(dòng)的讀寫頭組成。,（2）阿塔納索夫-計(jì)算機(jī)三原則以二進(jìn)制的邏輯基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算，以保證精度。利用電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制、邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，以保證計(jì)算速度。采用把計(jì)算功能和二進(jìn)制數(shù)更新存儲(chǔ)的功能相分離的結(jié)構(gòu)。,最早探索研制電子計(jì)算機(jī)的人,（3）維納-計(jì)算機(jī)五原則不是模擬式，而是數(shù)字式由電子元件構(gòu)成，盡量減少機(jī)械部件采用二進(jìn)制，而不是十進(jìn)制內(nèi)部存放計(jì)算表在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存貯數(shù)據(jù)。,（4）馮諾依曼模型必須有一個(gè)存儲(chǔ)器必須有一個(gè)控制器必須有一個(gè)運(yùn)算器必須有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。,1.2.2誕生1946年2月15日，世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生，取名“ENIAC”（ElectronicNumericalIntegratorandComputer），“ENIAC”的成功，是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一座紀(jì)念碑，是人類在發(fā)展計(jì)算技術(shù)的歷程中，到達(dá)的一個(gè)新的起點(diǎn)。,ENIAC的基本情況研究團(tuán)隊(duì)主要成員?？颂兀?4歲）：總工程師，負(fù)責(zé)工程技術(shù)問(wèn)題。莫奇利（36歲）：提出總體設(shè)計(jì)方案。戈?duì)査固梗?0歲）：負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)，并在數(shù)學(xué)上提出有益的建議。阿瑟伯克斯（28歲）哈利赫斯基（27歲）,主要指標(biāo)：占地面積170平方米；用了大約18000只電子管，1500個(gè)繼電器，70000只電阻，l8000只電容；耗資近49萬(wàn)美元；重30噸。運(yùn)算速度為每秒5000次加法。耗電量驚人，功率為150千瓦，常常因?yàn)殡娮庸軣龎亩枰C(jī)檢修。存儲(chǔ)容量小，至多只能存20個(gè)字長(zhǎng)為10位的十進(jìn)制數(shù)。,1.2.3發(fā)展（1）第一代計(jì)算機(jī)（1946-1958）主要特點(diǎn)：用電子管代替機(jī)械齒輪和繼電器作為基本元器件，運(yùn)算速度一般為每秒幾千次至幾萬(wàn)次。采用二進(jìn)制形式，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為機(jī)器語(yǔ)言。程序可以存儲(chǔ)，使用水銀延遲線、靜電存儲(chǔ)管、磁鼓、磁芯等作為存儲(chǔ)器。輸入輸出裝置主要用穿孔卡片，速度很慢。,應(yīng)用領(lǐng)域主要用于科學(xué)計(jì)算。代表機(jī)型IBM公司的IBM700系列。,（2）第二代計(jì)算機(jī)（1959-1964）主要特點(diǎn)：用晶體管代替了電子管。采用磁芯存儲(chǔ)器作主存，采用磁盤與磁帶作輔存。出現(xiàn)了匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言；出現(xiàn)了監(jiān)控程序。作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的許多新技術(shù)相繼出現(xiàn)。出現(xiàn)了超級(jí)計(jì)算機(jī)。,應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算：數(shù)據(jù)量不大，運(yùn)算強(qiáng)度大。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)量大，運(yùn)算強(qiáng)度不大。實(shí)時(shí)控制：及時(shí)性要求高。代表機(jī)型IBM7000系列。,（3）第三代計(jì)算機(jī)（1965-1970）主要特點(diǎn)：用集成電路取代了晶體管。用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器淘汰了磁芯存儲(chǔ)器。走向了系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展。出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計(jì)方法。出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)。,應(yīng)用領(lǐng)域全方位的應(yīng)用服務(wù)。代表機(jī)型IBM360系列。,（4）第四代計(jì)算機(jī)（1971-）主要特點(diǎn)：用微處理器或超大規(guī)模集成電路取代了普通集成電路。存儲(chǔ)容量進(jìn)一步擴(kuò)大。輸入采用了光學(xué)字符識(shí)別和條形碼等技術(shù)。高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言得到廣泛使用。微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶?；ヂ?lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用，形成所謂的地球村。巨型計(jì)算機(jī)也得到快速發(fā)展。,應(yīng)用領(lǐng)域幾乎覆蓋到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。代表機(jī)型IBM4300系列、3080系列、3090系列等。,（5）第五代計(jì)算機(jī)（智能計(jì)算機(jī)）研究目標(biāo)使計(jì)算機(jī)能夠具有像人一樣的思維、推理和判斷能力，向智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)接近人的思維方式。,研究成果由于各種因素的制約，并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期的研究目標(biāo)，所以目前的計(jì)算機(jī)仍屬于第四代計(jì)算機(jī)。但這一時(shí)期在智能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域完成了大量的基礎(chǔ)性研究工作，促進(jìn)了人工智能和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。目前，日本、美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)是世界上最先進(jìn)的。,1.2.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（1）巨型化功能特別強(qiáng)大，用于解決一些特別復(fù)雜的攻關(guān)難題，如國(guó)防安全、中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)、地質(zhì)勘探等。2008年6月，IBM研制出世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)Roadrunner，運(yùn)算速度超過(guò)每秒1000萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。全世界60億人每天24小時(shí)、每周7天執(zhí)行純手工計(jì)算，需要46年時(shí)間才能完成Roadrunner一天的工作量。Roadrunner占地540平方米、總重227噸、造價(jià)約1億美元，主要用于美國(guó)核武器模擬及天文、能源、人類基因科學(xué)、氣候變化等方面的研究。,（2）微型化在保持計(jì)算機(jī)功能的前提下，使其體積越來(lái)越小。臺(tái)式機(jī)、筆記本、掌上電腦、嵌入式計(jì)算機(jī)就是微型化的體現(xiàn)。,（3）網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，才能真正做到資源共享，計(jì)算機(jī)才能發(fā)揮更大的作用，給人們的的日常生活帶來(lái)更大的便利。,（4）智能化計(jì)算機(jī)處理過(guò)程化的計(jì)算工作及事務(wù)處理工作已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，是人力望塵莫及的。但在智能性工作方面，計(jì)算機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人腦。如何讓計(jì)算機(jī)具有人腦的智能，模擬人的推理、聯(lián)想、思維等功能，是一個(gè)重要發(fā)展方向。,1.2.5計(jì)算機(jī)的分類（1）超級(jí)計(jì)算機(jī)體積最大、速度最快、功能最強(qiáng)、價(jià)格也最高。主要為國(guó)家安全、空間技術(shù)、天氣預(yù)報(bào)、石油勘探、生命科學(xué)等領(lǐng)域的高強(qiáng)度計(jì)算服務(wù)。IBM的Roadrunner、我國(guó)的曙光5000A都屬于超級(jí)計(jì)算機(jī)。,（2）大型計(jì)算機(jī)高性能大容量的通用計(jì)算機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu)和批量生產(chǎn)。在銀行、稅務(wù)、大型企業(yè)、大型工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。IBM360、IBM4300和IBM3090等是典型代表。,（3）小型計(jì)算機(jī)介于微型計(jì)算機(jī)和大型計(jì)算機(jī)之間的一種計(jì)算機(jī)。PDP系列、VAX-11系列等是代表。逐步被高性能微機(jī)取代。（4）工作站配備有大屏幕顯示器、大容量存儲(chǔ)器和圖形加速卡的微型計(jì)算機(jī)。逐步被高性能微機(jī)取代。,（5）微型計(jì)算機(jī)臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)個(gè)人數(shù)字助理單片機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)（6）服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為客戶端計(jì)算機(jī)提供各種服務(wù)的高性能計(jì)算機(jī)。強(qiáng)調(diào)高速的運(yùn)算能力、長(zhǎng)時(shí)間的可靠運(yùn)行、強(qiáng)大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力。,1.2.6計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)算速度快運(yùn)算精度高記憶能力強(qiáng)判斷能力好自動(dòng)運(yùn)行,1.2.7計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算信息處理過(guò)程控制計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)人工智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,1.3中國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史1956年8月，成立了以著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授為主任的中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會(huì)。1958年8月1日，我國(guó)第一臺(tái)通用小型計(jì)算機(jī)103機(jī)研制成功，仿制前蘇聯(lián)的M-3小型機(jī)。1959年10月1日，我國(guó)第一臺(tái)大型通用計(jì)算機(jī)104機(jī)研制成功，仿制前蘇聯(lián)的BCM大型機(jī)。1960年，我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)107機(jī)研制成功，運(yùn)算速度為250次每秒。,1964年，我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的大型通用計(jì)算機(jī)119機(jī)研制成功，浮點(diǎn)運(yùn)算速度為5萬(wàn)次每秒。1965年4月，我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的晶體管計(jì)算機(jī)441-B通過(guò)國(guó)家鑒定，運(yùn)算速度為1.2萬(wàn)次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算。1967年9月，大型通用晶體管計(jì)算機(jī)109丙研制成功，浮點(diǎn)運(yùn)算速度為11.5萬(wàn)次每秒。1972年正式交付使用的111計(jì)算機(jī)，采用小規(guī)模集成電路，是我國(guó)最早研制成功的第三代計(jì)算機(jī)之一。1973年8月，集成電路計(jì)算機(jī)150機(jī)研制成功，是我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的運(yùn)算速度為100萬(wàn)次每秒的計(jì)算機(jī)，也是第一臺(tái)配有多道程序和自行設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。,1975年，江南計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所研制成功905乙機(jī)，這是我國(guó)第一臺(tái)雙處理器大型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，單機(jī)速度200萬(wàn)次每秒，雙機(jī)速度350萬(wàn)次每秒。1983年11月，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所等單位聯(lián)合研制成功我國(guó)第一臺(tái)大型向量機(jī)-757機(jī)，向量運(yùn)算的平均速度為1000萬(wàn)次每秒。1983年11月，運(yùn)算速度為1億次每秒的向量巨型計(jì)算機(jī)銀河-在國(guó)防科技大學(xué)研制成功。1992年11月，研制成功10億次每秒的銀河-。1997年6月，研制成功130億次每秒的銀河-。2000年，銀河-峰值性能達(dá)到了每秒1.0647萬(wàn)億次。,1993年10月，中科院計(jì)算所研制成功曙光一號(hào)計(jì)算機(jī)。1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A。2008年6月，超級(jí)計(jì)算機(jī)曙光5000A研制成功，使用了6600顆AMD巴塞羅那型4核處理器，峰值運(yùn)算速度達(dá)到每秒230萬(wàn)億次，世界高性能計(jì)算機(jī)排名第十。1996年10月，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)技術(shù)研究中心研制成功神威計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，峰值運(yùn)算速度達(dá)到3120億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算。2004年研制完成的神威-新世紀(jì)-256P集群，峰值速度達(dá)到1.2萬(wàn)億次每秒。,2002年8月，聯(lián)想“深騰1800”研制成功，實(shí)際運(yùn)算速度超過(guò)1萬(wàn)億次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算。2003年11月，“深騰6800”研制成功，運(yùn)算速度超過(guò)4萬(wàn)億次每秒。2009年10月29日，作為第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)千萬(wàn)億次由中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”在湖南長(zhǎng)沙亮相。其測(cè)試運(yùn)算速度可以達(dá)到每秒2570萬(wàn)億次。2010年11月14日，國(guó)際TOP500組織在網(wǎng)站上公布了最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)前500強(qiáng)排行榜，“天河一號(hào)”排名全球第一。,2013年6月17日下午，國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500組織在德國(guó)正式發(fā)布了第四十一屆世界大型超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500排行榜的排名，由中國(guó)國(guó)家科技部與中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作研制的“天河二號(hào)”大型超級(jí)計(jì)算機(jī)以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒33.86千萬(wàn)億次的優(yōu)異性能位居榜首。,2014年6月23日公布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中，中國(guó)“天河二號(hào)”以比第二名美國(guó)“泰坦”快近一倍的速度連續(xù)第三次獲得冠軍。天河二號(hào)運(yùn)算1小時(shí)，相當(dāng)于13億人同時(shí)用計(jì)算器算1000年。天河二號(hào)逐步在生命科學(xué)、材料科學(xué)、大氣科學(xué)、地球物理、宇宙、經(jīng)濟(jì)學(xué)，以及大型基因組組裝基因測(cè)序、污染