計算機的發(fā)展與應用

1、1.2 計算機的發(fā)展及應用計算機的特點 計算機的特性：（1）速度快（2）存儲容量大（3）通用性好不僅能處理數(shù)字和文字，而且能對圖像、聲音等多種形式的信息進行處理不僅能進行數(shù)學運算，而且能進行邏輯運算不僅能進行運算，而且具有信息的獲取、存儲、傳輸、展現(xiàn)等功能（4）計算機與計算機具有互連、互通和互操作的能力過去的計算工具隨著生產(chǎn)的發(fā)展和社會的進步，計算工具的發(fā)展過程從簡單到複雜、從低級到高級計算工具相繼出現(xiàn)了如：算盤計算尺手搖計算器電動計算器我國研制第1顆原子彈時使用的飛魚牌手搖計算機（新華網(wǎng)圖片） Pascals 加法機1642年，法國數(shù)學家B. Pascal用鐘表元件制造了一種能夠做兩個十進制

2、數(shù)加減法的機器巴貝奇的分析機1821年，英國數(shù)學家C. Babbage（1791-1871）設計了差分機，這是第一臺可自動進行公式演算的多功能機器，然而，這臺計算機在他有生之年始終未能問世 上世紀30年代的機械式計算器電動式計算器（1930）手搖式計算器 第1臺數(shù)字電子計算機誕生1946年美國賓州大學研制成功第1臺數(shù)字電子計算機-ENIACPhoto: van Pelt Library, U Penn.18 000 電子管,6000 開關占地面積: 150 m2重量: 30 噸功耗: 140 KW運算速度: 5000 次/s平均無故障時間 7 min外部程序控制3P.4第1代數(shù)字電子計算機時間

3、：約1946-1957使用的元器件：電子管 速度：幾十幾萬次/秒 內(nèi)存：磁鼓，千字 外設：磁帶 機器語言或匯編語言編程美國于20世紀50年代生產(chǎn)的IBM704型電子管計算機磁鼓存儲器P.44旋風1號(Whirlwind I) 數(shù)字計算機Whirlwind I數(shù)字計算機，當時的售價是1750萬美元，美國國防部使用 第2代數(shù)字電子計算機時間：約1957-1964使用的元器件：晶體管 速度：幾十萬次/秒， 內(nèi)存：磁芯，十萬字 外設：磁盤 高級語言編程電子管晶體管第2代計算機的內(nèi)存：磁芯存儲器This is a 50 x photograph of magnetic core random acces

4、s memory from a 4 KiB memory plane 上世紀50年代末 安裝在美國宇航局的IBM 7090計算機290萬美元。內(nèi)存容量：128KB；存取周期：2微妙第3代數(shù)字電子計算機時間：約1965-1973使用的元器件：中小規(guī)模集成電路 速度：幾十萬次幾百萬次/秒 內(nèi)存：半導體存儲器 軟件：高級語言, OS, DBMS第3代計算機 1965年IBM推出的System 360大型主機，被美國航天局用于首次載人登月任務 上世紀60年代的 存儲容量為5MB的硬盤 （27Kg重）第4代數(shù)字電子計算機時間：從1974年起使用的元器件：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（VLSI）速度：幾百萬次

5、億次/秒內(nèi)存：半導體存儲器軟件工程，分布式處理等第14代計算機的對比 代 別年 代使用的元器件使用的軟件類型主要應用領域第1代20世紀40年代中期50年代末期CPU：電子管內(nèi)存：磁鼓使用機器語言和匯編語言編寫程序科學和工程計算第2代20世紀50年代中、后期60年代中期CPU：晶體管內(nèi)存：磁芯使用FORTRAN等高級程序設計語言開始廣泛應用于數(shù)據(jù)處理領域第3代20世紀60年代中期70年代初期CPU：SSI，MSI內(nèi)存：SSI，MSI的半導體存儲器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等開始使用在科學計算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等領域得到廣泛應用第4代20世紀70年代中期以來CPU：LSI、VLSI內(nèi)存：LSI、V

6、LSI的半導體存儲器軟件開發(fā)工具和平臺、分布式計算、網(wǎng)絡軟件等開始廣泛使用深入到各行各業(yè)，家庭和個人開始使用計算機典型題型典型題例從計算機采用的主要元器件看，目前使用的Intel 酷睿i7個人計算機是 計算機。 A. 第四代B. 智能 C. 巨型 D. 第五代典型題例計算機最早的應用領域是 _ 。 A. 自動控制 B. 數(shù)值計算 C. 人工智能 D. 辦公自動化典型題例人們習慣于將計算機的發(fā)展劃分為四代，劃分的主要依據(jù)是_。 A、計算機主機所使用的主要元器件 B、計算機的運行速度 C、計算機的應用領域 D、計算機的規(guī)模答案答案答案我國第1臺數(shù)字電子計算機1956年，華羅庚受命籌建中國科學院計算

7、技術(shù)研究所。1958年中國第一臺計算機103型機研制成功，中國科學院計算所與北京有線電廠共同研制。字長31位，內(nèi)存容量為1024字節(jié)，運算速度每秒450次。 1958年8月1日該機可以表演短程序運行，標志著我國第一臺電子計算機誕生。該機在738廠開始小量生產(chǎn)，改名為103型計算機(即DJS-1型)，共生產(chǎn)38臺 我國第1臺大型電子計算機1959年4月104機完成調(diào)試,第一道題目是“五一”節(jié)天氣預報，9月交付用戶使用。無故障穩(wěn)定運行時間達到2小時 該機有22個機柜，占地200平方米。全機共用4200個電子管，4000個晶體二極管。字長39位，容量4K，每秒運算1萬次我國第一顆原子彈1964年10

8、月16日下午3時，新疆羅布泊上空，我國第一顆原子彈爆炸成功，成為繼美蘇英法后第五個擁有核武器的國家。電子計算機是核計劃的關鍵工具。高等物理的公式計算主要依靠人工使用計算尺和手搖計算機，只有非常復雜的計算才能用到昂貴的電子計算機 前蘇聯(lián)派出大批科學家，在核武器及電子計算機方面提供了技術(shù)支持。我國的第2代電子計算機1964年我國華北計算所先后研制成功108乙機(DJS-6)、121機(DJS-21)和320機(DJS-6)，并在738廠等五家工廠生產(chǎn)；哈軍工（國防科大前身）研制成功441B全晶體管計算機，小批量生產(chǎn)了40多臺。當時我國研發(fā)出的計算機，僅有小批量生產(chǎn)，由國家分配到各個科研院所使用。研

9、發(fā)和生產(chǎn)計算機的單位，全部是軍工企業(yè)。具備極高的保密措施，每一個元件，每一張設計圖紙都被嚴格看管 上世紀70年代 我國的集成電路計算機DJS-180系列超級小型 計算機天津DJS130小型機參展“1975年廣交會” 計算機的發(fā)展大大超出人們預料由于集成電路技術(shù)的發(fā)展和微處理器的出現(xiàn)，計算機發(fā)展速度之快，大大超出人們的預料：性能不斷提高體積不斷變小功耗不斷降低價格越來越便宜軟件越來越豐富使用越來越容易應用領域越來越普遍計算機數(shù)量不斷增加 上述趨勢不僅仍在繼續(xù)，且節(jié)奏進一步加快 已不再沿用“第x代計算機”的說法。 正在研究開發(fā)智能化的計算機系統(tǒng)，它以知識處理為核心，可以模擬或部分替代人的智能活動，

10、具有自然的人機通信能力 選講： 未來可能的新型計算機目前計算機用的幾乎都是半導體集成電路，但現(xiàn)在人們也在努力研究基于其他材料的計算機，如：量子計算機：基于量子效應開發(fā)，利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開關的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進行運算 光學計算機：以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。 生物計算機：蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學介質(zhì)的相互作用過程。計算機的轉(zhuǎn)換開關由酶來充當，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。預計1020年后，DNA計算機將進入實用階段 這些技術(shù)現(xiàn)在還都不成熟，與實際應

11、用有很大差距，但可以預計這些技術(shù)的發(fā)展必將使計算機的前景更加美好 選講： 光計算機和生物計算機奧林巴斯光學工業(yè)公司開發(fā)出的生物計算機 英國女王大學的Anatoly Zayats教授他是光計算機項目的負責人 計算機與生命科學（1） 21世紀的今天，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，計算機對醫(yī)藥信息學和生命科學等領域產(chǎn)生了巨大而深遠的影響。因此也應運而生了醫(yī)學信息學、生物信息學、衛(wèi)生信息學等相關醫(yī)學與計算機結(jié)合的專業(yè)的建立與發(fā)展。計算機在醫(yī)藥衛(wèi)生領域內(nèi)有著廣泛的應用。在輔助診斷、輔助操作、治療、教學科研、遠程醫(yī)療、區(qū)域醫(yī)療、醫(yī)學影像診療、醫(yī)學檢驗、新藥開發(fā)、醫(yī)學情報、電子病歷、健康檔案、循證醫(yī)學、數(shù)

12、字人體三維重構(gòu)等方面計算機和信息技術(shù)都發(fā)揮著舉足輕重的作用。數(shù)字化的診療設備，計算機化、網(wǎng)絡化、智能化的醫(yī)療信息處理方式，數(shù)字化醫(yī)院，都必須以計算機技術(shù)作為強大的支撐力量，在醫(yī)學專家、計算機專家、信息學專家等科學工作者的刻苦鉆研下，在以上這些應用領域，我們已經(jīng)取得了世人矚目的成果和進展。 計算機與生命科學（2）計算機在生物醫(yī)學工程、分子生物學、基因治療、遺傳和發(fā)育、基因克隆等方面發(fā)揮著巨大的作用。1988年由美國倡導的國際性的“人類基因組計劃”是20世紀生命科學領域研究的重大舉措。該計劃預計在15年內(nèi)投資30億美元，目的在于繪制出人類基因圖譜，闡明人類染色體上所有基因，從而期待從基因的水平來更加深入的了解生命個體，闡明疾病的發(fā)病機制，更加有效的預防和控制疾病。從現(xiàn)代醫(yī)學角度來講，人類基因總數(shù)約在5萬-10萬左右，而每個基因又由獨特的堿基組成，如此龐大的工程和數(shù)據(jù)，我們必須借助計算機才能有效的整理、收集、存儲、處理、加工、比較、分析并隨時調(diào)出。美國的約翰斯霍普金斯大學建立了一個完整的計算機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，用來存儲全世界基因研究成果。在“人類基因組計劃中”，計算機發(fā)揮的不僅僅是存儲和記憶功能，更發(fā)揮了研究對比、統(tǒng)籌管理、智能分析的功能。綜上所述，計算機技術(shù)與生命科學的結(jié)合必將隨著科學的進步而碩果累累，這些成果必將給人類健康事業(yè)帶來巨大的改變。