计算机应用技术及发展.ppt

三、计算机应用技术及发展 计算机是用电子元件组装而成，能自动、高速进 行大量计算工作，具有逻辑判断功能和存储记忆 功能的机器。 最早出现的计算机主要用于科学计算，它是科技 人员的有力助手。随着20世纪70年代个人电脑的 出现，以及随后应用软件的飞速发展，多媒体技 术、网络技术的不断发展和成熟，计算机走出了 实验室、科学院、高级学府，走入了人类生活的 每一个角落，几乎影响到每一个人。 第一台通用电子计算机： ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator电子 数值积分和计算机） 军事需要：弹道计算 1946年2月14日，Moore School， 18,000个电子管组成 大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec 重量：30吨； 功率：140KW； 平均无故障运行时间：7min 这样的计算机能够进入办公 室、车间和家庭？当时有的 科学家认为全世界只需要4台 ENIAC 计算机的发展历程 现代计算机之父冯.诺伊曼 冯诺伊曼确定了计算机的五大组成部分的作用 和相互联系，形成了计算机的 “冯诺伊曼体系 结构”。 这种体系结构和“存储程序，逐条执行”的设计 思想决定了计算机用串行方式工作。 串行工作方式很难再提高计算机的运行速度，目 前已经进行了并行计算机和并行算法的研究，并 且在诺伊曼计算机体系结构下部分实现了一些并 行处理。 计算机从第一代发展到当今第四代，无论速度如 何提高、功能如何强大，软件如何更新，其基本 工作原理和体系结构并没有根本的改变。 第一代 电子管计算机（1946 1957)：运算仅为几千到几万次， 体积大，耗电、价格昂贵、运算 速度和可靠性低，科学计算、机 器语言，仅用于军事和科学研究 工作中 第二代 晶体管计算机（1958 1964)：运算为几十次、体积相对 较小、成本低、功能强、运算速 度和可靠性加强，数据处理和自 动控制，汇编语言与高级语言， 除用于军事和科学研究工作外还 用于数据处理和事务处理 计算机的发展历程 l第三代 集成电路（19651970) ：体积、耗电量相对进一步减小 ，运算速度和可靠性进一步提高 ，使用了操作系统，应用更加广 泛 l第四代 超大规模集成电路(1970 年以后）：体积小、耗电量大大 减少，运算速度和可靠性进一步 提高，速度可达到几百万到亿次 ，应用进入网络时代 计算机的发展历程 计算机的分类综合性能指标分类 巨型机：运算度上亿次，速度快、效 率高、软硬件配置和功能强，主要在 军事技术和尖端科学研究 大中型机：运算速度在几千万左右价 格相对便宜，事务处理、信息处理、 大型数据库和数据通讯 小型机：运算度在几百次左右，体积 小、价格低、性能价格高科研究所、 普通高校等使用 微型机：个人计算机，体积小、价格 低、产量大可靠性高、灵活性强、实 用性强、对使用环境要求不高 微型计算机的发展 计算机进入第四代以后，微处理器蓬勃发展，其应用遍及计算机进入第四代以后，微处理器蓬勃发展，其应用遍及 人类生活的各个方面。微型计算机现已成为人类生活不可人类生活的各个方面。微型计算机现已成为人类生活不可 或缺的朋友。在微型机的发展过程中，有几个著名的公司或缺的朋友。在微型机的发展过程中，有几个著名的公司 和个人创造了个人电脑发展史上的里程碑。和个人创造了个人电脑发展史上的里程碑。 Intel公司 苹果公司 微软公司 蓝色巨人IBM 。 计算机在中国的发展 我国的第一台电子计算机是1958年研 制成功的103型电子管计算机。我国 是世界上第三个独立研制出电子计算 机的国家。 1964年研究生产了DJS6型，1965年 开发出了108乙机和109乙机晶体管计 算机，承担第一颗人造卫星的计算工 作，标志我国计算机进入第二代。 我国1983年研制成功了银河巨型机， 运行速度达每秒一亿次，标志着我国 成为少数能够独立研制巨型机的国家 。 我国的第一台微型机于1977年研制成 功。现在我国已成为世界上第二大计 算机市场。计算机及其相关产业成为 我国经济的重要组成部分。 国产DJS-6型数字计算机 银河亿次巨型机 计算机系统的组成 运算器和控制器：计算机的大脑CPU 计算机的特点 运算速度快 计算精度高 存储容量大（具有记忆的能力，几十到几 百M,外存没有限制） 逻辑判断能力强（具有逻辑判断的能力） 高度自动化 计算机与其它计算工具的本质区别是：能 够存储并自动化执行程序 计算机的应用 1、传统应用 科学计算 过程控制 事务处理 2、现代应用 办公自动化(OA) 生产自动化(PA) (CAD,CIMS) 数据库(DA) 网络(NA) 人工智能(AI) 计算机模拟(CS) 计算机辅助教育(CBE) (CAI,CMI) 计算机未来发展的方向 智能计算机 l第五代 人工智能型计算机,从信息处理 上升为知识处理，模拟人脑的功能，即 具有形式化推理、联想、学习和解释处 理问题的能力，被称为人工智能。 l日本第五代智能计算机 l“3C融合”催生第5代计算机 由摩尔第一定律电脑芯片每18个月其上的 晶体管翻一番，其主要技术是通过减少导 线和元件尺寸来达到的。随着尺寸的不断 减小，其电子的量子效应不断增加，以至 以经典物理为基础的微电子学在电脑芯片 的发展受到不可逾越的瓶颈。据科学家估 计2025电脑芯片的速度将达到物理极限。 为了突破计算机的运算速度极限，人们开 始不断研发新的计算机芯片，其中光子计 算机、生物计算机、量子计算机是前景最 光明的三方面。 计算机未来发展的方向 光子计算机是根据光学空间的多维特性，为计算 机设计新的逻辑结构和运算原理，并充分利用光 子元件体积小、传送信息速度快的特点，用超高 速大容量的光子元件替代目前计算机中使用的硅 化学元件，用光导纤维或光波替代普通金属导线 ，使用光二极管和光三极管。 生物计算机是通过对生物的脑和神经系统中信息 传递、信息处理等原理的进一步研究，设计全新 的仿生模式计算机，并与人工智能的研究相互借 鉴、共同发展。模拟生物细胞中的蛋白质和酶等 物质的产生过程，制造出仿生集成芯片来替代目 前计算机中使用的半导体元件。 量子计算机根据原子或原子核所具有的量子学特性来工 作。量子理论认为，非相互作用下，原子在任一时刻都 处于两种状态与组成传统计算机二进制语言的“1”和 “0”相对应。量子计算机由于原子在任一时刻都处于 两种状态，任务同时完成，这样就使运算速度发生质的 飞跃，这在蛋白质解析和通信加密技术等领域大有用武 之地。 用原子实现的量子计算机只有5个q-bit，放在一个试管 中而且配备有庞大的外围设备，只能做1+1=2的简单运 算，正如Bennett教授所说，“现在的量子计算机只是 一个玩具，真正做到有实用价值的也许是5年，10年， 甚至是50年以后”。 到那时会