计算机系统发展历程.pptVIP

1945 1954电子管 继电器 用导线连接 组成单CPU 完成定点运算 采用汇编语言和机器语言 代表 IBM7011955 1964采用分立式晶体三极管 二极管和铁氧体的磁芯 用印制板电路将他们连接 可完成浮点运算 采用编译程序的高级语言 子程序和批处理的监控程序 代表 IBM70301965 1974采用中小规模的集成电路和多层印刷电路 运用流水线 高速缓存和先行处理机的技术 软件方面采用多道程序设计和分时操作系统 代表 IBM360 370系列1974 1991采用大规模或超大规模集成电路和半导体存储器 出现了共享存储器 分布存储器等 开发了并行处理的多处理的操作系统 专用语言和编译器 代表 IBM 3090VF1991 至今采用VLSI工艺更加完善的高密度 速度处理机和存储器芯片 最大的特点是大规模的并行处理 采用可扩展和容许时延的系统结构 代表 CrayResearch的MPP 计算机的发展历史 计算机性能的高速增长受益于 电路技术的发展体系结构技术的发展 第一代真空管Vacuumtubes 1 0计算机发展历史回顾 ENIAC background ElectronicNumericalIntegratorAndComputer电子数字积分器和计算机 第一台通用电子数字计算机MauchlyandEckert UniversityofPennsylvaniaTrajectorytablesforweaponsStarted1943 Finished1946 Useduntil1955Toolateforwareffort ENIAC details Decimal notbinary 20accumulatorsof10digitsProgrammedmanuallybyswitches18 000vacuumtubes30tons15 000squarefeet140kWpowerconsumption5 000additionspersecond VacuumtubeinENIAC InputPannel 42 Cable Programing Debug 线路检查 ENIAC 缺点 输入 修改程序复杂 若程序能与数据同存于存储器 可简化编程过程 vonNeumann Turing StoredProgramconcept 设计新型计算机ENIAC PrincetonInstituteforAdvancedStudiesIASCompleted1952 现代电子计算机之父 1944 1945年间 美籍匈牙利科学家冯 诺伊曼在第一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点 并提出一个新机型EDVAC的设计方案 其中提到了两个设想 采用二进制和 存储程序 这两个设想对于现代计算机至关重要 也使冯 诺伊曼成为 现代电子计算机之父 冯 诺伊曼机体系延续至今 VonNeumannwiththefirstInstitutecomputer AlanTuring StructureofvonNeumannmachine MainmemorystoringprogramsanddataALUoperatingonbinarydataControlunitinterpretinginstructionsfrommemoryandexecutingInputandoutputequipmentoperatedbycontrolunit IAS details 1000 x40bitwordsBinarynumber 39 1 2x20bitinstructionsSetofregisters storageinCPU MemoryBufferRegisterMemoryAddressRegisterInstructionRegisterInstructionBufferRegisterProgramCounterAccumulatorMultiplierQuotient 乘商寄存器 EDVAC 商用计算机 1947 Eckert MauchlyComputerCorporationUNIVACI UniversalAutomaticComputer 用于USBureauofCensus1950calculationsBecamepartofSperry RandCorporationLate1950s UNIVACIIFasterMorememory UNIVACI UNIVACII IBM Punched cardprocessingequipment1953 the701IBM sfirststoredprogramcomputerScientificcalculations1955 the702BusinessapplicationsLeadto700 7000series 1952年 IBM公司的第一台机器IBM701 1952年 IBM公司的第一台机器IBM701 第一代计算机系统 电子管 继电器存储器 用绝缘导线连接CPU PC 累加器 顺序执行定点运算机器 汇编语言CPU程序控制I O 第二代晶体管Transistors ReplacedvacuumtubesSmallerCheaperLessheatdissipationSolidStatedeviceMadefromSiliconInvented1947atBellLabs TransistorBasedComputers SecondgenerationmachinesNCR RCAproducedsmalltransistormachinesIBM7000DEC 1957ProducedPDP 1 IBM7030 1961 数据通道多路器 世界上第一台通用流水线机器 IBM7030 世界上第一台通用流水线机器 IBM7030 它采用四级流水线结构 以使取指 译码和执行阶段重叠 从而提高速度 DECPDP 1 1960 Estimatedcost 120 000 分立晶体二极管 三极管 铁氧体磁芯 用印刷电路互连变址寄存器 浮点运算 多路存储器 I O处理器带编译程序的高级语言 子程序库 批处理监控程序 第二代计算机系统 微电子技术的出现Microelectronics Literally smallelectronics Acomputerismadeupofgates memorycellsandinterconnectionsThesecanbemanufacturedonasemiconductor GenerationsofComputer Vacuumtube 1946 1957Transistor 1958 1964Smallscaleintegration 1965onUpto100devicesonachipMediumscaleintegration to1971100 3 000devicesonachipLargescaleintegration 1971 19773 000 100 000devicesonachipVerylargescaleintegration 1978todate100 000 100 000 000devicesonachipUltralargescaleintegrationOver100 000 000devicesonachip 第三代计算机系统主要特征 IBM360 370 PDP 8 微程序控制开始普及流水线 高速缓存 先行处理机软件上多道程序设计 分时操作系统 第四代计算机系统主要特征 IBM3090 VAX9000 出现共享存储器 分布存储器 并行计算机开发了用于并行处理的多处理操作系统 专用语言和编译器等 第五代计算机系统主要特征 IntelParagon 进行大规模并行处理 采用可扩展 容许延时的系统结构 IBM360series 第三代 1964Replaced notcompatiblewith 7000seriesFirstplanned family ofcomputers 系列的概念 SimilaroridenticalinstructionsetsSimilaroridenticalO SIncreasingspeedIncreasingnumberofI Oports i e moreterminals IncreasedmemorysizeIncreasedcostMultiplexedswitchstructure 多路器 1964年 IBM公司宣布了IBM360系列 S 360极强的通用性适用于各方面的用户 它具有360度 全方位的特点 因此得名 IBM投入了50亿美元的研发费用 远远过制造原子弹的 曼哈顿计划 的20亿美元Amdahl和Blauw等人在介绍IBM360时 提出了 系统结构 这一重要概念 采用了微程序技术 IBM360Family DECPDP 8 第三代 1964FirstminicomputerDidnotneedairconditionedroomSmallenoughtositonalabbenchBUSSTRUCTURE DEC PDP 8BusStructure OMNIBUS ConsoleController CPU MainMemory I OModule I OModule PDP 11 1973 VAX 11 1981 MicroVAX 1976年 Cray 1 第一台每秒亿次浮点计算能力的计算机 第一台商业化的向量超级计算机 1971年 Intel公司开始出售它的第一种微处理器芯片 Intel4004 Intel80X86系列 世界最快的计算机2001 IBM 2001年宣布制造出全球运算速度最快的超级电脑 占地达两个篮球场之大 重达106吨 它的运算能力相当于击败国际象棋世界级棋手的超级电脑 深蓝 的1000倍 达7万亿次 2002年世界最快的计算机NEC地球模拟器35万亿次 中国最快的计算机 曙光3000 4 032亿次联想机群系统 4万亿次 曙光4000A 采用2560枚美国超微 AMD 公司服务器芯片 10万亿次浮点运算 s 天河一号超级计算机系统进入世界五强 我国首台千万亿次超级计算机系统 天河一号 峰值性能每秒1206万亿次双精度浮点运算 Linpack测试值达每秒563 1万亿次 是世界上首台CPU和GPU异构混合千万亿次超级计算机系统 日本展示512核芯片 浮点运算每秒5120亿次 GrapeDR处理器采用90nm制程 由台积电代工 尺寸为17 17mm PB级的异构存储系统 GrowthinCPUTransistorCount EvolutionofSingle ChipMicros Moore sLaw 1965 IncreaseddensityofcomponentsonchipGordonMoore cofounderofIntelNumberoftransistorsonachipwilldoubleeveryyearSince1970 sdevelopmenthasslowedalittleNumberoftransistorsdoub