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

1計算機(jī)發(fā)展史,什么是計算機(jī)？,Computer,電腦,一種用于高速計算的電子計算機(jī)器，可以進(jìn)行數(shù)值計算，又可以進(jìn)行邏輯計算，還具有存儲記憶功能；是能夠按照程序運行，自動、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)明計算機(jī)？,1.1早期計算機(jī)1.1.1早期計算工具,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機(jī)械式計算機(jī)。,（2）機(jī)械式乘法機(jī)1672年德國人萊布尼茲發(fā)明了乘法計算機(jī)。,（3）差分機(jī)和分析機(jī)英國人查爾斯巴貝奇研制出差分機(jī)和分析機(jī)，為現(xiàn)代計算機(jī)設(shè)計思想的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在計算機(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)械計算機(jī)手搖計算機(jī)是1878年由一位在俄國工作的瑞典發(fā)明家奧涅爾制造的，這是一種齒數(shù)可變的齒輪計算機(jī)。德國的布龍斯維加公司，他們從1892年起投產(chǎn)，到1912年，年產(chǎn)量已高達(dá)2萬臺。,（5）暢銷的機(jī)械計算機(jī)1893年，德國人施泰格爾研制出一種叫作“大富豪”的計算機(jī)。,（6）制表機(jī)與IBM公司1884年，美國人赫勒里特獲得了制表機(jī)的第一項專利權(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)時著名的制表機(jī)公司。1911年，赫勒里特又組建了一家計算制表記錄公司，該公司到1924年改名為“國際商用機(jī)器公司”，這就是舉世聞名的美國IBM公司。,（7）微分分析儀1930年，美國麻省理工學(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，試制出一臺微分分析儀的樣機(jī)。,（8）Z系列計算機(jī)德國科學(xué)家朱斯于20世紀(jì)30年代研制出了著名的Z系列計算機(jī),（9）K型計算機(jī)美國人斯蒂比茲1937年11月發(fā)明K型計算機(jī)。,（10）M型系列計算機(jī)1939年9月，美國貝爾實驗室研制出M-1型計算機(jī)。1944年和1945年，貝爾實驗室又先后研制出M-3與M-4型機(jī)。1949年，貝爾實驗室又制造出了M-6型計算機(jī)。,（11）英國的“巨人”計算機(jī)1943年12月，第一臺“巨人”計算機(jī)在英國投入運行。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個以并行方式工作的處理器，每個處理器以每秒5000個字符的速度處理一條帶子上的數(shù)據(jù)。,（12）美國的全機(jī)電式計算機(jī)1944年，“馬克”1號計算機(jī)在哈佛大學(xué)問世，它是一種完全機(jī)電式的計算機(jī)，長15米，高2.4米，有15萬個元件，800KM導(dǎo)線，是世界上最早的通用型自動機(jī)電式計算機(jī)之一。,1.2電子計算機(jī)發(fā)展史1.2.1準(zhǔn)備（1）圖靈機(jī)圖靈機(jī)是一種抽象計算模型，用來精確定義可計算函數(shù)。由一個控制器、一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭組成。,（2）阿塔納索夫-計算機(jī)三原則以二進(jìn)制的邏輯基礎(chǔ)來實現(xiàn)數(shù)字運算，以保證精度。利用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制、邏輯運算和算術(shù)運算，以保證計算速度。采用把計算功能和二進(jìn)制數(shù)更新存儲的功能相分離的結(jié)構(gòu)。,最早探索研制電子計算機(jī)的人,（3）維納-計算機(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)部存放計算表在計算機(jī)內(nèi)部存貯數(shù)據(jù)。,（4）馮諾依曼模型必須有一個存儲器必須有一個控制器必須有一個運算器必須有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。,1.2.2誕生1946年2月15日，世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，取名“ENIAC”（ElectronicNumericalIntegratorandComputer），“ENIAC”的成功，是計算機(jī)發(fā)展史上的一座紀(jì)念碑，是人類在發(fā)展計算技術(shù)的歷程中，到達(dá)的一個新的起點。,ENIAC的基本情況研究團(tuán)隊主要成員埃克特（24歲）：總工程師，負(fù)責(zé)工程技術(shù)問題。莫奇利（36歲）：提出總體設(shè)計方案。戈爾斯坦（30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個繼電器，70000只電阻，l8000只電容；耗資近49萬美元；重30噸。運算速度為每秒5000次加法。耗電量驚人，功率為150千瓦，常常因為電子管燒壞而需要停機(jī)檢修。存儲容量小，至多只能存20個字長為10位的十進(jìn)制數(shù)。,1.2.3發(fā)展（1）第一代計算機(jī)（1946-1958）主要特點：用電子管代替機(jī)械齒輪和繼電器作為基本元器件，運算速度一般為每秒幾千次至幾萬次。采用二進(jìn)制形式，程序設(shè)計語言為機(jī)器語言。程序可以存儲，使用水銀延遲線、靜電存儲管、磁鼓、磁芯等作為存儲器。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)計算。代表機(jī)型IBM公司的IBM700系列。,（2）第二代計算機(jī)（1959-1964）主要特點：用晶體管代替了電子管。采用磁芯存儲器作主存，采用磁盤與磁帶作輔存。出現(xiàn)了匯編語言和高級語言；出現(xiàn)了監(jiān)控程序。作為現(xiàn)代計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的許多新技術(shù)相繼出現(xiàn)。出現(xiàn)了超級計算機(jī)。,應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算：數(shù)據(jù)量不大，運算強度大。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)量大，運算強度不大。實時控制：及時性要求高。代表機(jī)型IBM7000系列。,（3）第三代計算機(jī)（1965-1970）主要特點：用集成電路取代了晶體管。用半導(dǎo)體存儲器淘汰了磁芯存儲器。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)計方法。出現(xiàn)了小型計算機(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）第四代計算機(jī)（1971-）主要特點：用微處理器或超大規(guī)模集成電路取代了普通集成電路。存儲容量進(jìn)一步擴(kuò)大。輸入采用了光學(xué)字符識別和條形碼等技術(shù)。高級程序設(shè)計語言得到廣泛使用。微型計算機(jī)進(jìn)入了千家萬戶。互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用，形成所謂的地球村。巨型計算機(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領(lǐng)域。代表機(jī)型IBM4300系列、3080系列、3090系列等。,（5）第五代計算機(jī)（智能計算機(jī)）研究目標(biāo)使計算機(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，并沒有完全實現(xiàn)預(yù)期的研究目標(biāo)，所以目前的計算機(jī)仍屬于第四代計算機(jī)。但這一時期在智能計算機(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、美國的機(jī)器人技術(shù)是世界上最先進(jìn)的。,1.2.4計算機(jī)的發(fā)展趨勢（1）巨型化功能特別強大，用于解決一些特別復(fù)雜的攻關(guān)難題，如國防安全、中長期天氣預(yù)報、地質(zhì)勘探等。2008年6月，IBM研制出世界上最快的超級計算機(jī)Roadrunner，運算速度超過每秒1000萬億次浮點運算。全世界60億人每天24小時、每周7天執(zhí)行純手工計算，需要46年時間才能完成Roadrunner一天的工作量。Roadrunner占地540平方米、總重227噸、造價約1億美元，主要用于美國核武器模擬及天文、能源、人類基因科學(xué)、氣候變化等方面的研究。,（2）微型化在保持計算機(jī)功能的前提下，使其體積越來越小。臺式機(jī)、筆記本、掌上電腦、嵌入式計算機(jī)就是微型化的體現(xiàn)。,（3）網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，才能真正做到資源共享，計算機(jī)才能發(fā)揮更大的作用，給人們的的日常生活帶來更大的便利。,（4）智能化計算機(jī)處理過程化的計算工作及事務(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，計算機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人腦。如何讓計算機(jī)具有人腦的智能，模擬人的推理、聯(lián)想、思維等功能，是一個重要發(fā)展方向。,1.2.5計算機(jī)的分類（1）超級計算機(jī)體積最大、速度最快、功能最強、價格也最高。主要為國家安全、空間技術(shù)、天氣預(yù)報、石油勘探、生命科學(xué)等領(lǐng)域的高強度計算服務(wù)。IBM的Roadrunner、我國的曙光5000A都屬于超級計算機(jī)。,（2）大型計算機(jī)高性能大容量的通用計算機(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）小型計算機(jī)介于微型計算機(jī)和大型計算機(jī)之間的一種計算機(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、大容量存儲器和圖形加速卡的微型計算機(jī)。逐步被高性能微機(jī)取代。,（5）微型計算機(jī)臺式計算機(jī)和筆記本計算機(jī)個人數(shù)字助理單片機(jī)和嵌入式計算機(jī)（6）服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)為客戶端計算機(jī)提供各種服務(wù)的高性能計算機(jī)。強調(diào)高速的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力。,1.2.6計算機(jī)的特點運算速度快運算精度高記憶能力強判斷能力好自動運行,1.2.7計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算信息處理過程控制計算機(jī)輔助系統(tǒng)人工智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,1.3中國計算機(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科學(xué)院計算技術(shù)研究所籌備委員會。1958年8月1日，我國第一臺通用小型計算機(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，我國第一臺大型通用計算機(jī)104機(jī)研制成功，仿制前蘇聯(lián)的BCM大型機(jī)。1960年，我國第一臺自行設(shè)計的計算機(jī)107機(jī)研制成功，運算速度為250次每秒。,1964年，我國第一臺自行設(shè)計的大型通用計算機(jī)119機(jī)研制成功，浮點運算速度為5萬次每秒。1965年4月，我國第一臺自行設(shè)計的晶體管計算機(jī)441-B通過國家鑒定，運算速度為1.2萬次每秒浮點運算。1967年9月，大型通用晶體管計算機(jī)109丙研制成功，浮點運算速度為11.5萬次每秒。1972年正式交付使用的111計算機(jī)，采用小規(guī)模集成電路，是我國最早研制成功的第三代計算機(jī)之一。1973年8月，集成電路計算機(jī)150機(jī)研制成功，是我國第一臺自行設(shè)計的運算速度為100萬次每秒的計算機(jī)，也是第一臺配有多道程序和自行設(shè)計操作系統(tǒng)的計算機(jī)。,1975年，江南計算機(jī)技術(shù)研究所研制成功905乙機(jī)，這是我國第一臺雙處理器大型電子數(shù)字計算機(jī)，單機(jī)速度200萬次每秒，雙機(jī)速度350萬次每秒。1983年11月，中國科學(xué)院計算機(jī)技術(shù)研究所等單位聯(lián)合研制成功我國第一臺大型向量機(jī)-757機(jī)，向量運算的平均速度為1000萬次每秒。1983年11月，運算速度為1億次每秒的向量巨型計算機(jī)銀河-在國防科技大學(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1.0647萬億次。,1993年10月，中科院計算所研制成功曙光一號計算機(jī)。1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A。2008年6月，超級計算機(jī)曙光5000A研制成功，使用了6600顆AMD巴塞羅那型4核處理器，峰值運算速度達(dá)到每秒230萬億次，世界高性能計算機(jī)排名第十。1996年10月，國家并行計算機(jī)技術(shù)研究中心研制成功神威計算機(jī)系統(tǒng)，峰值運算速度達(dá)到3120億次每秒浮點運算。2004年研制完成的神威-新世紀(jì)-256P集群，峰值速度達(dá)到1.2萬億次每秒。,2002年8月，聯(lián)想“深騰1800”研制成功，實際運算速度超過1萬億次每秒浮點運算。2003年11月，“深騰6800”研制成功，運算速度超過4萬億次每秒。2009年10月29日，作為第一臺國產(chǎn)千萬億次由中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制超級計算機(jī)“天河一號”在湖南長沙亮相。其測試運算速度可以達(dá)到每秒2570萬億次。2010年11月14日，國際TOP500組織在網(wǎng)站上公布了最新全球超級計算機(jī)前500強排行榜，“天河一號”排名全球第一。,2013年6月17日下午，國際超級計算機(jī)TOP500組織在德國正式發(fā)布了第四十一屆世界大型超級計算機(jī)TOP500排行榜的排名，由中國國家科技部與中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作研制的“天河二號”大型超級計算機(jī)以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計算速度每秒33.86千萬億次的優(yōu)異性能位居榜首。,2014年6月23日公布的全球超級計算機(jī)500強榜單中，中國“天河二號”以比第二名美國“泰坦”快近一倍的速度連續(xù)第三次獲得冠軍。天河二號運算1小時，相當(dāng)于13億人同時用計算器算1000年。天河二號逐步在生命科學(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序、污染