计算机导论精品PPT-第一章-计算机发展史

1计算机发展史,什么是计算机？,Computer,电脑,一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能；是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。,需要是发明之母NecessityistheMotherofInvention.,人类为什么要发明计算机？,1.1早期计算机1.1.1早期计算工具,事大，大结其绳；事小，小结其绳。结之多少，随物众寡。,纳皮尔算筹冈特尺,1.1.2机械式计算机（1）机械式加法机帕斯卡于17世纪制造出一种机械式加法机，它成为世界上第一台机械式计算机。,（2）机械式乘法机1672年德国人莱布尼兹发明了乘法计算机。,（3）差分机和分析机英国人查尔斯巴贝奇研制出差分机和分析机，为现代计算机设计思想的发展奠定基础。在计算机发展史上，差分机和分析机占有重要的地位。,（4）手摇式机械计算机手摇计算机是1878年由一位在俄国工作的瑞典发明家奥涅尔制造的，这是一种齿数可变的齿轮计算机。德国的布龙斯维加公司，他们从1892年起投产，到1912年，年产量已高达2万台。,（5）畅销的机械计算机1893年，德国人施泰格尔研制出一种叫作“大富豪”的计算机。,（6）制表机与IBM公司1884年，美国人赫勒里特获得了制表机的第一项专利权。1896年，赫尔曼赫勒里特在他的发明基础上，创办了当时著名的制表机公司。1911年，赫勒里特又组建了一家计算制表记录公司，该公司到1924年改名为“国际商用机器公司”，这就是举世闻名的美国IBM公司。,（7）微分分析仪1930年，美国麻省理工学院和哈佛大学的博士V.布什，在一些工程技术人员的协助下，试制出一台微分分析仪的样机。,（8）Z系列计算机德国科学家朱斯于20世纪30年代研制出了著名的Z系列计算机,（9）K型计算机美国人斯蒂比兹1937年11月发明K型计算机。,（10）M型系列计算机1939年9月，美国贝尔实验室研制出M-1型计算机。1944年和1945年，贝尔实验室又先后研制出M-3与M-4型机。1949年，贝尔实验室又制造出了M-6型计算机。,（11）英国的“巨人”计算机1943年12月，第一台“巨人”计算机在英国投入运行。它破译密码的速度快，性能可靠，内部有1500只电子管，配备5个以并行方式工作的处理器，每个处理器以每秒5000个字符的速度处理一条带子上的数据。,（12）美国的全机电式计算机1944年，“马克”1号计算机在哈佛大学问世，它是一种完全机电式的计算机，长15米，高2.4米，有15万个元件，800KM导线，是世界上最早的通用型自动机电式计算机之一。,1.2电子计算机发展史1.2.1准备（1）图灵机图灵机是一种抽象计算模型，用来精确定义可计算函数。由一个控制器、一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头组成。,（2）阿塔纳索夫-计算机三原则以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证精度。利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运算，以保证计算速度。采用把计算功能和二进制数更新存储的功能相分离的结构。,最早探索研制电子计算机的人,（3）维纳-计算机五原则不是模拟式，而是数字式由电子元件构成，尽量减少机械部件采用二进制，而不是十进制内部存放计算表在计算机内部存贮数据。,（4）冯诺依曼模型必须有一个存储器必须有一个控制器必须有一个运算器必须有输入设备和输出设备。,1.2.2诞生1946年2月15日，世界上第一台电子数字计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，取名“ENIAC”（ElectronicNumericalIntegratorandComputer），“ENIAC”的成功，是计算机发展史上的一座纪念碑，是人类在发展计算技术的历程中，到达的一个新的起点。,ENIAC的基本情况研究团队主要成员埃克特（24岁）：总工程师，负责工程技术问题。莫奇利（36岁）：提出总体设计方案。戈尔斯坦（30岁）：负责组织协调，并在数学上提出有益的建议。阿瑟伯克斯（28岁）哈利赫斯基（27岁）,主要指标：占地面积170平方米；用了大约18000只电子管，1500个继电器，70000只电阻，l8000只电容；耗资近49万美元；重30吨。运算速度为每秒5000次加法。耗电量惊人，功率为150千瓦，常常因为电子管烧坏而需要停机检修。存储容量小，至多只能存20个字长为10位的十进制数。,1.2.3发展（1）第一代计算机（1946-1958）主要特点：用电子管代替机械齿轮和继电器作为基本元器件，运算速度一般为每秒几千次至几万次。采用二进制形式，程序设计语言为机器语言。程序可以存储，使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓、磁芯等作为存储器。输入输出装置主要用穿孔卡片，速度很慢。,应用领域主要用于科学计算。代表机型IBM公司的IBM700系列。,（2）第二代计算机（1959-1964）主要特点：用晶体管代替了电子管。采用磁芯存储器作主存，采用磁盘与磁带作辅存。出现了汇编语言和高级语言；出现了监控程序。作为现代计算机体系结构的许多新技术相继出现。出现了超级计算机。,应用领域科学计算：数据量不大，运算强度大。数据处理：数据量大，运算强度不大。实时控制：及时性要求高。代表机型IBM7000系列。,（3）第三代计算机（1965-1970）主要特点：用集成电路取代了晶体管。用半导体存储器淘汰了磁芯存储器。走向了系列化、通用化和标准化。操作系统有了很大发展。出现了结构化、模块化程序设计方法。出现了小型计算机。,应用领域全方位的应用服务。代表机型IBM360系列。,（4）第四代计算机（1971-）主要特点：用微处理器或超大规模集成电路取代了普通集成电路。存储容量进一步扩大。输入采用了光学字符识别和条形码等技术。高级程序设计语言得到广泛使用。微型计算机进入了千家万户。互联网广泛应用，形成所谓的地球村。巨型计算机也得到快速发展。,应用领域几乎覆盖到人类生活的各个领域。代表机型IBM4300系列、3080系列、3090系列等。,（5）第五代计算机（智能计算机）研究目标使计算机能够具有像人一样的思维、推理和判断能力，向智能化发展，实现接近人的思维方式。,研究成果由于各种因素的制约，并没有完全实现预期的研究目标，所以目前的计算机仍属于第四代计算机。但这一时期在智能计算机领域完成了大量的基础性研究工作，促进了人工智能和机器人技术的发展。目前，日本、美国的机器人技术是世界上最先进的。,1.2.4计算机的发展趋势（1）巨型化功能特别强大，用于解决一些特别复杂的攻关难题，如国防安全、中长期天气预报、地质勘探等。2008年6月，IBM研制出世界上最快的超级计算机Roadrunner，运算速度超过每秒1000万亿次浮点运算。全世界60亿人每天24小时、每周7天执行纯手工计算，需要46年时间才能完成Roadrunner一天的工作量。Roadrunner占地540平方米、总重227吨、造价约1亿美元，主要用于美国核武器模拟及天文、能源、人类基因科学、气候变化等方面的研究。,（2）微型化在保持计算机功能的前提下，使其体积越来越小。台式机、笔记本、掌上电脑、嵌入式计算机就是微型化的体现。,（3）网络化实现网络化，才能真正做到资源共享，计算机才能发挥更大的作用，给人们的的日常生活带来更大的便利。,（4）智能化计算机处理过程化的计算工作及事务处理工作已经达到了相当高的水平，是人力望尘莫及的。但在智能性工作方面，计算机还远远不如人脑。如何让计算机具有人脑的智能，模拟人的推理、联想、思维等功能，是一个重要发展方向。,1.2.5计算机的分类（1）超级计算机体积最大、速度最快、功能最强、价格也最高。主要为国家安全、空间技术、天气预报、石油勘探、生命科学等领域的高强度计算服务。IBM的Roadrunner、我国的曙光5000A都属于超级计算机。,（2）大型计算机高性能大容量的通用计算机，标准化的体系结构和批量生产。在银行、税务、大型企业、大型工程设计等领域得到广泛应用。IBM360、IBM4300和IBM3090等是典型代表。,（3）小型计算机介于微型计算机和大型计算机之间的一种计算机。PDP系列、VAX-11系列等是代表。逐步被高性能微机取代。（4）工作站配备有大屏幕显示器、大容量存储器和图形加速卡的微型计算机。逐步被高性能微机取代。,（5）微型计算机台式计算机和笔记本计算机个人数字助理单片机和嵌入式计算机（6）服务器通过网络为客户端计算机提供各种服务的高性能计算机。强调高速的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力。,1.2.6计算机的特点运算速度快运算精度高记忆能力强判断能力好自动运行,1.2.7计算机的应用领域科学计算信息处理过程控制计算机辅助系统人工智能网络应用,1.3中国计算机发展史1956年8月，成立了以著名数学家华罗庚教授为主任的中国科学院计算技术研究所筹备委员会。1958年8月1日，我国第一台通用小型计算机103机研制成功，仿制前苏联的M-3小型机。1959年10月1日，我国第一台大型通用计算机104机研制成功，仿制前苏联的BCM大型机。1960年，我国第一台自行设计的计算机107机研制成功，运算速度为250次每秒。,1964年，我国第一台自行设计的大型通用计算机119机研制成功，浮点运算速度为5万次每秒。1965年4月，我国第一台自行设计的晶体管计算机441-B通过国家鉴定，运算速度为1.2万次每秒浮点运算。1967年9月，大型通用晶体管计算机109丙研制成功，浮点运算速度为11.5万次每秒。1972年正式交付使用的111计算机，采用小规模集成电路，是我国最早研制成功的第三代计算机之一。1973年8月，集成电路计算机150机研制成功，是我国第一台自行设计的运算速度为100万次每秒的计算机，也是第一台配有多道程序和自行设计操作系统的计算机。,1975年，江南计算机技术研究所研制成功905乙机，这是我国第一台双处理器大型电子数字计算机，单机速度200万次每秒，双机速度350万次每秒。1983年11月，中国科学院计算机技术研究所等单位联合研制成功我国第一台大型向量机-757机，向量运算的平均速度为1000万次每秒。1983年11月，运算速度为1亿次每秒的向量巨型计算机银河-在国防科技大学研制成功。1992年11月，研制成功10亿次每秒的银河-。1997年6月，研制成功130亿次每秒的银河-。2000年，银河-峰值性能达到了每秒1.0647万亿次。,1993年10月，中科院计算所研制成功曙光一号计算机。1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A。2008年6月，超级计算机曙光5000A研制成功，使用了6600颗AMD巴塞罗那型4核处理器，峰值运算速度达到每秒230万亿次，世界高性能计算机排名第十。1996年10月，国家并行计算机技术研究中心研制成功神威计算机系统，峰值运算速度达到3120亿次每秒浮点运算。2004年研制完成的神威-新世纪-256P集群，峰值速度达到1.2万亿次每秒。,2002年8月，联想“深腾1800”研制成功，实际运算速度超过1万亿次每秒浮点运算。2003年11月，“深腾6800”研制成功，运算速度超过4万亿次每秒。2009年10月29日，作为第一台国产千万亿次由中国国防科学技术大学研制超级计算机“天河一号”在湖南长沙亮相。其测试运算速度可以达到每秒2570万亿次。2010年11月14日，国际TOP500组织在网站上公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，“天河一号”排名全球第一。,2013年6月17日下午，国际超级计算机TOP500组织在德国正式发布了第四十一届世界大型超级计算机TOP500排行榜的排名，由中国国家科技部与中国国防科学技术大学合作研制的“天河二号”大型超级计算机以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒33.86千万亿次的优异性能位居榜首。,2014年6月23日公布的全球超级计算机500强榜单中，中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第三次获得冠军。天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器算1000年。天河二号逐步在生命科学、材料科学、大气科学、地球物理、宇宙、经济学，以及大型基因组组装基因测序、污染