计算机系统发展历程

计算机系统发展历程第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期五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二页，共五十一页，编辑于2023年，星期五第一代真空管Vacuumtubes1.0计算机发展历史回顾第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期五ENIAC-backgroundElectronicNumericalIntegratorAndComputer

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第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期五ENIAC-detailsDecimal(notbinary)20accumulatorsof10digitsProgrammedmanuallybyswitches18,000vacuumtubes30tons15,000squarefeet140kWpowerconsumption5,000additionspersecond第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期五VacuumtubeinENIAC第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期五InputPannel(42)第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期五Cable第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期五Programing第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期五Debug(线路检查)第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期五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。第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期五vonNeumann/TuringStoredProgramconcept(设计新型计算机ENIAC）PrincetonInstituteforAdvancedStudiesIASCompleted1952第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期五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。第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期五VonNeumannwiththefirstInstitutecomputerAlanTuring第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期五StructureofvonNeumannmachineMainmemorystoringprogramsanddataALUoperatingonbinarydataControlunitinterpretinginstructionsfrommemoryandexecutingInputandoutputequipmentoperatedbycontrolunit第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期五IAS-details1000x40bitwordsBinarynumber（39+1）2x20bitinstructionsSetofregisters(storageinCPU)MemoryBufferRegisterMemoryAddressRegisterInstructionRegisterInstructionBufferRegisterProgramCounterAccumulatorMultiplierQuotient（乘商寄存器）第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期五EDVAC第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期五商用计算机1947-Eckert-MauchlyComputerCorporationUNIVACI(UniversalAutomaticComputer)

用于USBureauofCensus1950calculationsBecamepartofSperry-RandCorporationLate1950s-UNIVACIIFasterMorememory第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期五UNIVACI第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期五UNIVACII第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期五IBMPunched-cardprocessingequipment1953-the701IBM’sfirststoredprogramcomputerScientificcalculations1955-the702BusinessapplicationsLeadto700/7000series第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期五1952年，IBM公司的第一台机器IBM701第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期五1952年，IBM公司的第一台机器IBM701第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期五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第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期五第二代晶体管TransistorsReplacedvacuumtubesSmallerCheaperLessheatdissipationSolidStatedeviceMadefromSiliconInvented1947atBellLabs第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期五TransistorBasedComputersSecondgenerationmachinesNCR&RCAproducedsmalltransistormachinesIBM7000DEC-1957ProducedPDP-1第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期五IBM7030(1961)数据通道多路器世界上第一台通用流水线机器－IBM7030第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期五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。第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期五DECPDP-1(1960)Estimatedcost=$120,000第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期五

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 第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期五微电子技术的出现MicroelectronicsLiterally-“smallelectronics”Acomputerismadeupofgates,memorycellsandinterconnectionsThesecanbemanufacturedonasemiconductor第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期五GenerationsofComputerVacuumtube-1946-1957Transistor-1958-1964Smallscaleintegration-1965onUpto100devicesonachipMediumscaleintegration-to1971100-3,000devicesonachipLargescaleintegration-1971-19773,000-100,000devicesonachipVerylargescaleintegration-1978todate100,000-100,000,000devicesonachipUltralargescaleintegrationOver100,000,000devicesonachip第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期五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第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期五IBM360series(第三代)1964Replaced(¬compatiblewith)7000seriesFirstplanned“family”ofcomputers（系列的概念）SimilaroridenticalinstructionsetsSimilaroridenticalO/SIncreasingspeedIncreasingnumberofI/Oports(i.e.moreterminals)IncreasedmemorysizeIncreasedcostMultiplexedswitchstructure（多路器）第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期五1964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。。第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期五IBM360Family第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期五DECPDP-8(第三代)1964FirstminicomputerDidnotneedairconditionedroomSmallenoughtositonalabbenchBUSSTRUCTURE第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期五DEC-PDP-8BusStructureOMNIBUSConsoleControllerCPUMainMemoryI/OModuleI/OModule第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期五PDP-11(1973)VAX-11(1981)MicroVAX第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期五1976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。第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期五1971年，Intel公司开始出售它的第一种微处理器芯片－Intel4004第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期五Intel80X86系列第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期五

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。第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期五2002年世界最快的计算机

NEC地球模拟器35万亿次第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期五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。第四十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期五日本展示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。第四十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期五PB级的异构存储系统第四十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期五GrowthinCPUTransistorCount第四十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期五EvolutionofSingle-ChipMicros1970’s1980’s1990’s2010

TransistorCount10K-100K100K-1M1M-100M1B

ClockFrequency0.2-2MHz2-20MHz20M-1GHz10GHz

Instruction/Cycle<0.10.