三,計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及發(fā)展.ppt

1、三、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及發(fā)展,計(jì)算機(jī)是用電子元件組裝而成，能自動(dòng)、高速進(jìn)行大量計(jì)算工作，具有邏輯判斷功能和存儲(chǔ)記憶功能的機(jī)器。 最早出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，它是科技人員的有力助手。隨著20世紀(jì)70年代個(gè)人電腦的出現(xiàn)，以及隨后應(yīng)用軟件的飛速發(fā)展，多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，計(jì)算機(jī)走出了實(shí)驗(yàn)室、科學(xué)院、高級(jí)學(xué)府，走入了人類生活的每一個(gè)角落，幾乎影響到每一個(gè)人。,第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)：ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)） 軍事需要：彈道計(jì)算 1946年2月14日，Moore School， 18,

2、000個(gè)電子管組成 大?。洪L24m，寬6m，高2.5m 速度：5000次/sec 重量：30噸； 功率：140KW； 平均無故障運(yùn)行時(shí)間：7min,這樣的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)入辦公室、車間和家庭？當(dāng)時(shí)有的科學(xué)家認(rèn)為全世界只需要4臺(tái)ENIAC,計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父馮.諾伊曼,馮諾伊曼確定了計(jì)算機(jī)的五大組成部分的作用和相互聯(lián)系，形成了計(jì)算機(jī)的 “馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)”。 這種體系結(jié)構(gòu)和“存儲(chǔ)程序，逐條執(zhí)行”的設(shè)計(jì)思想決定了計(jì)算機(jī)用串行方式工作。 串行工作方式很難再提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，目前已經(jīng)進(jìn)行了并行計(jì)算機(jī)和并行算法的研究，并且在諾伊曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)下部分實(shí)現(xiàn)了一些并行處理。 計(jì)算機(jī)從第一代發(fā)展

3、到當(dāng)今第四代，無論速度如何提高、功能如何強(qiáng)大，軟件如何更新，其基本工作原理和體系結(jié)構(gòu)并沒有根本的改變。,第一代 電子管計(jì)算機(jī)（19461957)：運(yùn)算僅為幾千到幾萬次，體積大，耗電、價(jià)格昂貴、運(yùn)算速度和可靠性低，科學(xué)計(jì)算、機(jī)器語言，僅用于軍事和科學(xué)研究工作中 第二代 晶體管計(jì)算機(jī)（19581964)：運(yùn)算為幾十次、體積相對(duì)較小、成本低、功能強(qiáng)、運(yùn)算速度和可靠性加強(qiáng)，數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制，匯編語言與高級(jí)語言，除用于軍事和科學(xué)研究工作外還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理,計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程,第三代 集成電路（19651970)：體積、耗電量相對(duì)進(jìn)一步減小，運(yùn)算速度和可靠性進(jìn)一步提高，使用了操作系統(tǒng)，應(yīng)用更加廣泛

4、 第四代 超大規(guī)模集成電路(1970年以后）：體積小、耗電量大大減少，運(yùn)算速度和可靠性進(jìn)一步提高，速度可達(dá)到幾百萬到億次，應(yīng)用進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程,計(jì)算機(jī)的分類綜合性能指標(biāo)分類,巨型機(jī)：運(yùn)算度上億次，速度快、效率高、軟硬件配置和功能強(qiáng)，主要在軍事技術(shù)和尖端科學(xué)研究 大中型機(jī)：運(yùn)算速度在幾千萬左右價(jià)格相對(duì)便宜，事務(wù)處理、信息處理、大型數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)通訊 小型機(jī)：運(yùn)算度在幾百次左右，體積小、價(jià)格低、性能價(jià)格高科研究所、普通高校等使用 微型機(jī)：個(gè)人計(jì)算機(jī)，體積小、價(jià)格低、產(chǎn)量大可靠性高、靈活性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、對(duì)使用環(huán)境要求不高,微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)進(jìn)入第四代以后，微處理器蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用遍

5、及人類生活的各個(gè)方面。微型計(jì)算機(jī)現(xiàn)已成為人類生活不可或缺的朋友。在微型機(jī)的發(fā)展過程中，有幾個(gè)著名的公司和個(gè)人創(chuàng)造了個(gè)人電腦發(fā)展史上的里程碑。 Intel公司 蘋果公司 微軟公司 藍(lán)色巨人IBM 。,計(jì)算機(jī)在中國的發(fā)展,我國的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)是1958年研制成功的103型電子管計(jì)算機(jī)。我國是世界上第三個(gè)獨(dú)立研制出電子計(jì)算機(jī)的國家。 1964年研究生產(chǎn)了DJS6型，1965年開發(fā)出了108乙機(jī)和109乙機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)，承擔(dān)第一顆人造衛(wèi)星的計(jì)算工作，標(biāo)志我國計(jì)算機(jī)進(jìn)入第二代。 我國1983年研制成功了銀河巨型機(jī)，運(yùn)行速度達(dá)每秒一億次，標(biāo)志著我國成為少數(shù)能夠獨(dú)立研制巨型機(jī)的國家。 我國的第一臺(tái)微型機(jī)于

6、1977年研制成功?，F(xiàn)在我國已成為世界上第二大計(jì)算機(jī)市場(chǎng)。計(jì)算機(jī)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)成為我國經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。,國產(chǎn)DJS-6型數(shù)字計(jì)算機(jī),銀河億次巨型機(jī),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,運(yùn)算器和控制器：計(jì)算機(jī)的大腦CPU,計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),運(yùn)算速度快 計(jì)算精度高 存儲(chǔ)容量大（具有記憶的能力，幾十到幾百M(fèi),外存沒有限制） 邏輯判斷能力強(qiáng)（具有邏輯判斷的能力） 高度自動(dòng)化 計(jì)算機(jī)與其它計(jì)算工具的本質(zhì)區(qū)別是：能夠存儲(chǔ)并自動(dòng)化執(zhí)行程序,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,1、傳統(tǒng)應(yīng)用 科學(xué)計(jì)算 過程控制 事務(wù)處理,2、現(xiàn)代應(yīng)用 辦公自動(dòng)化(OA) 生產(chǎn)自動(dòng)化(PA) (CAD,CIMS) 數(shù)據(jù)庫(DA) 網(wǎng)絡(luò)(NA) 人工智能(AI) 計(jì)算機(jī)模

7、擬(CS) 計(jì)算機(jī)輔助教育(CBE) (CAI,CMI),計(jì)算機(jī)未來發(fā)展的方向,智能計(jì)算機(jī) 第五代 人工智能型計(jì)算機(jī),從信息處理上升為知識(shí)處理，模擬人腦的功能，即具有形式化推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋處理問題的能力，被稱為人工智能。 日本第五代智能計(jì)算機(jī) “3C融合”催生第5代計(jì)算機(jī),由摩爾第一定律電腦芯片每18個(gè)月其上的晶體管翻一番，其主要技術(shù)是通過減少導(dǎo)線和元件尺寸來達(dá)到的。隨著尺寸的不斷減小，其電子的量子效應(yīng)不斷增加，以至以經(jīng)典物理為基礎(chǔ)的微電子學(xué)在電腦芯片的發(fā)展受到不可逾越的瓶頸。據(jù)科學(xué)家估計(jì)2025電腦芯片的速度將達(dá)到物理極限。 為了突破計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度極限，人們開始不斷研發(fā)新的計(jì)算機(jī)芯片

8、，其中光子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)是前景最光明的三方面。,計(jì)算機(jī)未來發(fā)展的方向,光子計(jì)算機(jī)是根據(jù)光學(xué)空間的多維特性，為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)新的邏輯結(jié)構(gòu)和運(yùn)算原理，并充分利用光子元件體積小、傳送信息速度快的特點(diǎn)，用超高速大容量的光子元件替代目前計(jì)算機(jī)中使用的硅化學(xué)元件，用光導(dǎo)纖維或光波替代普通金屬導(dǎo)線，使用光二極管和光三極管。 生物計(jì)算機(jī)是通過對(duì)生物的腦和神經(jīng)系統(tǒng)中信息傳遞、信息處理等原理的進(jìn)一步研究，設(shè)計(jì)全新的仿生模式計(jì)算機(jī)，并與人工智能的研究相互借鑒、共同發(fā)展。模擬生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和酶等物質(zhì)的產(chǎn)生過程，制造出仿生集成芯片來替代目前計(jì)算機(jī)中使用的半導(dǎo)體元件。,量子計(jì)算機(jī)根據(jù)原子或原子核所具有的量子學(xué)特性來工作。量子理論認(rèn)為，非相互作用下，原子在任一時(shí)刻都處于兩種狀態(tài)與組成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)二進(jìn)制語言的“1”和“0”相對(duì)應(yīng)。量子計(jì)算機(jī)由于原子在任一時(shí)刻都處于兩種狀態(tài)，任務(wù)同時(shí)完成，這樣就使運(yùn)算速度發(fā)生質(zhì)的飛躍，這在蛋白質(zhì)解析和通信加密技術(shù)等領(lǐng)域大有用武之地。 用原子實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算機(jī)只有5個(gè)q-bit，放在一個(gè)試管中而且配備有龐大的外圍設(shè)備，只能做1+1=2的簡(jiǎn)單運(yùn)算，正如Bennett教授所說，“現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)只是一個(gè)玩具，真正做到有實(shí)用價(jià)值的也許是5年，10年，甚至是50年以后”。 到那時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種工