計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述

第一章計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述計(jì)算機(jī)的歷史和類(lèi)型計(jì)算機(jī)典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)學(xué)科概要及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算思維概述1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上的重要人物和思想法國(guó)物理學(xué)家帕斯卡(1623-1662)1642年，手搖驅(qū)動(dòng)的齒輪進(jìn)位式計(jì)算器1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1673年，萊布尼茨發(fā)明機(jī)械式乘除法器1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇Babbage1822年，“差分機(jī)”Amodernreconstructionofthedifferenceengine.F/~history1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計(jì)算機(jī)

——分析機(jī)，1834年據(jù)說(shuō)成功了。

英國(guó)女?dāng)?shù)學(xué)家阿達(dá)(1815-1852)是巴貝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片設(shè)計(jì)了世界上“第一件計(jì)算機(jī)程序”。她還建議分析機(jī)用二進(jìn)制存儲(chǔ)。預(yù)言分析機(jī)能唱歌、繪畫(huà)。英國(guó)詩(shī)人拜倫的女兒1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)英國(guó)科學(xué)家阿蘭圖靈(理論計(jì)算機(jī)的奠基人1912-1954)1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)圖靈機(jī)機(jī)：這這個(gè)在在當(dāng)時(shí)時(shí)看來(lái)來(lái)是紙紙上談?wù)劚牡暮?jiǎn)單單機(jī)器器，隱隱含了了現(xiàn)代代計(jì)算算機(jī)中中“存存儲(chǔ)程程序””的基基本思思想。。半個(gè)個(gè)世紀(jì)紀(jì)以來(lái)來(lái)，數(shù)數(shù)學(xué)家家們提提出的的各種種各樣樣的計(jì)計(jì)算模模型都都被證證明是是和圖圖靈機(jī)機(jī)等價(jià)價(jià)的。?？刂破鳎ê\(yùn)算功能）可在紙帶上左右移動(dòng)的讀寫(xiě)頭，用于讀寫(xiě)數(shù)據(jù)(輸入輸出設(shè)備)可無(wú)限延伸的紙帶。用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)器）1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)美籍匈匈牙利利數(shù)學(xué)學(xué)家馮馮諾依曼曼1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)馮·諾依曼曼：“如果不不考慮慮巴貝貝奇、、阿達(dá)達(dá)和其其他人人早先先提出出的有有關(guān)思思想，，計(jì)算算機(jī)基基本概概念只只能屬屬于阿阿蘭·圖靈”計(jì)算機(jī)機(jī)應(yīng)由由運(yùn)算算器、、控制制器、、存儲(chǔ)儲(chǔ)器、、輸輸入設(shè)設(shè)備和和輸出出設(shè)備備五大大部件件組成成；應(yīng)采用用二進(jìn)進(jìn)制簡(jiǎn)簡(jiǎn)化機(jī)機(jī)器的的電路路設(shè)計(jì)計(jì)；采用“存儲(chǔ)程程序”技術(shù),以便計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)能保保存和和自動(dòng)動(dòng)依次次執(zhí)行行指令令。1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)七十多多年來(lái)來(lái)，現(xiàn)現(xiàn)代計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)基本本結(jié)構(gòu)構(gòu)仍然然是“馮·諾依曼曼計(jì)算算機(jī)”。1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)1946年2月由賓賓夕法法尼亞亞大學(xué)學(xué)研制制成功功的ENIAC是第一一臺(tái)電電子數(shù)數(shù)字計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)。ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)重30噸，占占地167m2，耗電電150千瓦18800個(gè)電子子管，，1500個(gè)繼電電器，，保存80個(gè)字節(jié)節(jié)每秒秒鐘可可做5000次加減減法或400次乘法法運(yùn)算算?！罢Q生生了一一個(gè)電電子的的大腦腦”致命缺缺陷：：沒(méi)有有存儲(chǔ)儲(chǔ)程序序。電子計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí)代代電子技技術(shù)的的發(fā)展展促進(jìn)進(jìn)了電電子計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)的更更新?lián)Q換代。。

第一代計(jì)算機(jī)

1946－1958年以電子管為主要元件代表機(jī)型：ENIAC1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)

第二代計(jì)算機(jī)

1958－1964年以晶體管為主要元件采用晶體管的第二代電子計(jì)算機(jī)IBM7090型1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)第三代代計(jì)算算機(jī)1964－1971年以集成成電路路為主主要元元件采用集集成電電路的的第一一臺(tái)電電子計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)IBM360型

第四代計(jì)算機(jī)

1971年至今以大規(guī)模/超大集成電路為主要元件巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)以及便攜機(jī)1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)第五代代計(jì)算算機(jī)：：據(jù)說(shuō)是是智能能計(jì)算算機(jī)1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)巨型機(jī)大型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)工作站服務(wù)器嵌入式計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)規(guī)模分類(lèi)1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)計(jì)算機(jī)機(jī)類(lèi)型型按計(jì)算機(jī)用途分類(lèi)通用計(jì)算機(jī)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)1.1計(jì)算機(jī)機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)識(shí)計(jì)算機(jī)是一一種能按照照事先存儲(chǔ)儲(chǔ)的程序，，自動(dòng)、高高速地進(jìn)行行大量數(shù)值值計(jì)算和各各種信息處處理的現(xiàn)代代化智能電電子設(shè)備。。運(yùn)算速度快快計(jì)算精度高高存儲(chǔ)容量大大具有邏輯判判斷能力按照程序自自動(dòng)運(yùn)行計(jì)算機(jī)特點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算機(jī)的特特點(diǎn)及應(yīng)用用領(lǐng)域1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理過(guò)程與實(shí)時(shí)時(shí)控制人工智能計(jì)算機(jī)輔助助設(shè)計(jì)與制制造計(jì)算機(jī)應(yīng)用用領(lǐng)域遠(yuǎn)程通信與與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用多媒體與虛虛擬現(xiàn)實(shí)微機(jī)的發(fā)展展(1975-1995)1975年第一臺(tái)個(gè)個(gè)人電腦問(wèn)問(wèn)世。1981年第一臺(tái)IBM-PC問(wèn)世。1985年386；1989年486；1993年奔騰出現(xiàn)現(xiàn)。CPU進(jìn)入32位時(shí)代。1989年多媒體聲聲卡問(wèn)世。。1995年個(gè)人電腦腦出現(xiàn)CD-ROM光驅(qū)。1995年Win95問(wèn)世，操作作系統(tǒng)進(jìn)入入Windows時(shí)代。多媒媒體和圖形形界面的出出現(xiàn)使電腦腦真正進(jìn)入入家庭。1995年，3D加速芯片使使顯卡性能能有了很大大的發(fā)展。。1998年USB在PC上出現(xiàn)，即即插即用的的電子消費(fèi)費(fèi)產(chǎn)品MP3/MP4等大量涌現(xiàn)現(xiàn)。Intel的CPU頻率（2000年P(guān)4，2GHz；2004年P(guān)4，3.8GHz）。2001年WindowsXP，集成大量量應(yīng)用程序序，例如IE、MediaPlayer、圖像瀏覽覽等。2004年Google進(jìn)入桌面，，搜索大戰(zhàn)戰(zhàn)。微機(jī)的發(fā)展展(1995-2005)電腦的展望望：64位與雙核2003年9月，AMD公司生產(chǎn)了了進(jìn)入個(gè)人人電腦最早早64位CPU。2005年4月，64位WindowsXP操作系統(tǒng)問(wèn)問(wèn)世。。。2005年4月，CPU進(jìn)入雙核和和多核時(shí)代代。2006年，WindowsVista32位/64位操作系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)布。計(jì)算機(jī)發(fā)展展趨勢(shì)——巨型化CRAY-Ⅱ銀河Ⅱ未來(lái)的計(jì)算算機(jī)1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)1.1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)LosAlamosNationalLaboratoryOakRidgeNationalLaboratoryNASA/AmesResearchCenterLawrenceLivermoreNationalLaboratoryArgonneNationalLaboratoryTexasAdvancedComputingCenterNERSC/LBNLOakRidgeNationalLaboratoryNNSA/SandiaNationalLaboratoriesShanghaiSupercomputerCenter1Tianhe-2(MilkyWay-2)-TH-IVB-FEPCluster,IntelXeonE5-269212C2.200GHz,THExpress-2,IntelXeonPhi31S1P

NUDT2Titan-CrayXK7,Opteron627416C2.200GHz,CrayGeminiinterconnect,NVIDIAK20x

CrayInc.3Sequoia-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.60GHz,CustomIBM4Kcomputer,SPARC64VIIIfx2.0GHz,TofuinterconnectFujitsu5Mira-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.60GHz,CustomIBM6PizDaint-CrayXC30,XeonE5-26708C2.600GHz,Ariesinterconnect,NVIDIAK20x

CrayInc.7Stampede-PowerEdgeC8220,XeonE5-26808C2.700GHz,InfinibandFDR,IntelXeonPhiSE10PDell8JUQUEEN-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.600GHz,CustomInterconnectIBM9Vulcan-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.600GHz,CustomInterconnectIBM10SuperMUC-iDataPlexDX360M4,XeonE5-26808C2.70GHz,InfinibandFDRIBMTOP10November2013天河二號(hào)“天河二號(hào)號(hào)”同“天天河一號(hào)””一樣由中中國(guó)國(guó)防科科技大學(xué)開(kāi)開(kāi)發(fā)，將于于本年底在在廣州國(guó)家家超級(jí)計(jì)算算機(jī)中心投投入使用。。天河二號(hào)號(hào)擁有多達(dá)達(dá)312萬(wàn)計(jì)算機(jī)核核心，102.4萬(wàn)GB內(nèi)存，每秒秒浮點(diǎn)運(yùn)算算速度達(dá)33.86千萬(wàn)億次，，理論浮點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)算速度度峰值達(dá)54.90千萬(wàn)萬(wàn)億億次次，，操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)為為中中國(guó)國(guó)自自主主研研發(fā)發(fā)的的麒麒麟麟Linux。美國(guó)國(guó)““泰泰坦坦””美國(guó)國(guó)““紅紅杉杉””日本本““KComputer””美國(guó)國(guó)““米米拉拉””美國(guó)國(guó)““Stampede””…Thesystemsranked#1since1993IBMRoadrunner(since2008.06)IBMBlueGene/L(2004.11-2008.06)NECEarthSimulator(2002.06-2004.11)IBMASCIWhite(2000.11-2002.06)IntelASCIRed(1997.06-2000.11)HitachiCP-PACS(1996.11-1997.06)HitachiSR2201(1996.06-1996.11)FujitsuNumericalWindTunnel(1994.11-1996.06)IntelParagonXP/S140(1994.06-1994.11)FujitsuNumericalWindTunnel(1993.11-1994.06)TMCCM-5(1993.06-1993.11)計(jì)算算機(jī)機(jī)發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)———微型型化化1981年IBMPC計(jì)算算機(jī)機(jī)不不再再是是單單一一的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)器器，，而而是是一一種種個(gè)個(gè)人人的的信信息息機(jī)機(jī)器器。。1.1計(jì)算算機(jī)機(jī)基基礎(chǔ)礎(chǔ)知知識(shí)識(shí)計(jì)算算機(jī)機(jī)發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)———網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化計(jì)算算機(jī)機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)：：計(jì)算算機(jī)機(jī)技技術(shù)術(shù)＋＋通通信信技技術(shù)術(shù)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的發(fā)發(fā)展展動(dòng)動(dòng)力力：：共共享享遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程資資源源，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)通通信信和和合合作作。。1.1計(jì)算算機(jī)機(jī)基基礎(chǔ)礎(chǔ)知知識(shí)識(shí)計(jì)算算機(jī)機(jī)發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)———智能能化化DeepblueGarryKasparov

1996年2月10日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝“深藍(lán)”1997年5月12日，卡斯帕羅夫負(fù)于“更深的藍(lán)”智能能計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)將將是是一一種種具具有有類(lèi)類(lèi)似似于于人人的的思思維維能能力力，，能能聽(tīng)聽(tīng)會(huì)會(huì)說(shuō)說(shuō)，，能能想想會(huì)會(huì)做做，，能能代代替替人人的的體體力力勞勞動(dòng)動(dòng)以以及及腦腦力力勞勞動(dòng)動(dòng)的的智智能能機(jī)機(jī)器器人人。。1.1計(jì)算算機(jī)機(jī)基基礎(chǔ)礎(chǔ)知知識(shí)識(shí)未來(lái)來(lái)的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)———光計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)用光光子子器器件件替替代代電電子子器器件件。。1.1計(jì)算算機(jī)機(jī)基基礎(chǔ)礎(chǔ)知知識(shí)識(shí)未來(lái)來(lái)的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)———生物物計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)用生生物物工工程程技技術(shù)術(shù)生生產(chǎn)產(chǎn)的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)分分子子作作元元件件制制成成集集成成電電路路。。未來(lái)來(lái)的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)———量子子計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)利用用處處于于多多態(tài)態(tài)的的原原子子進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)算算。。最最小小的的信信息息單單元元是是