人工智能与未来 课件 1.4 自动计算实现与发展

ManualtoAutomaticinCalculation第1章从手工计算到自动计算2035主讲：王红梅目录CONTENTS1.11.21.3身边的计算手工计算与工具辅助计算自动计算探索1.4自动计算实现与发展1.4.1运算器

运算器是冯·诺依曼计算机的重要组成部分，承担着计算机的计算任务。而使用若干个前面介绍的逻辑门就可以构造出运算器。下面以加法器为例说明运算器组成和工作原理。加法器（*可选学）

和进位AB&≥1=1=1&进位这个全加法器由2个异或门，2个与门，1个或门组成。加法器真值表输入输出进位AB进位和0000010001001011011001001110100111011111加法器（*可选学）

和进位AB&≥1=1=1&进位进位AB和进位输

出输

入0110100001101000100010100010111010111111

加法器真值表

这个全加法器由2个异或门，2个与门，1个或门组成。011异或异或与与10101或加法器（*可选学）

和进位AB&≥1=1=1&进位这个全加法器由2个异或门，2个与门，1个或门组成。011异或异或与与10101或加法器真值表输入输出进位入AB进位出和0000010001001011011001001110100111011111和进位AB&≥1=1=1&进位这个全加法器由2个异或门，2个与门，1个或门组成。全加器电路符合右图的运算器是个全加器加法器（*可选学）

8个全加器连起来，可以组成8位加法器就可以计算0-255（28）之间的和那16个呢？那32个呢？CPU就是这样工作的啊加法器（*可选学）

大多数其他数学运算都可以加法完成。乘法只是重复加法，减法可以通过一些特别的位反转来完成，而除法只是重复减法。加法器（*可选学）

1.电子管计算机1946年，世界上第一台通用计算机-电子数字积分计算机(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学研制成功，开创了计算机发展新纪元，标志着自动计算时代的到来。1.4.2通用数字电子计算机18000个‌电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，运算5000次/秒。晶体管具有尺寸小、重量轻、寿命长、效率高、功耗低、易集成等优点，逐渐成为计算机芯片首选。2.晶体管代替电子管电子管晶体管1.4.2通用数字电子计算机1955年，贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机。它装有800只晶体管，只有100瓦功率，占地3立方英尺（1英尺=0.3048米）。1.4.2通用数字电子计算机2.晶体管代替电子管国内最早的晶体管计算机—1965年“哈军工”研制成功‌441-B计算机的设计师慈云桂教授柳克俊教授2.晶体管代替电子管1.4.2通用数字电子计算机

与分离元件（电子管、晶体管）相比，集成电路具有可靠性强、功耗低、性价比高、电路简单等优点，一经出现就成为自动计算机芯片首选，并逐渐取代了分离元件。3.集成电路代替分离元件晶体管集成电路1.4.2通用数字电子计算机集成电路的发展经历了五代发展：‌第一代集成电路（1959-1964年）：将多个晶体管封装第二代集成电路（1965-1971年）：小规模集成电路，几十个晶体管第三代集成电路（1972-1978年）：中规模集成电路，几百个晶体管‌第四代集成电路（1979-1984年）：大规模集成电路，几千个晶体管‌第五代集成电路（1985年至今）：超大规模集成电路，百万级晶体管3.集成电路代替分离元件1.4.2通用数字电子计算机英特尔创始人之一戈登·摩尔曾经对计算机CPU的发展进行预测，大概内容：随着集成电路技术的发展，计算机的集成度和性能不断提高，微处理器的性能大约每隔18个月提高一倍而价格下降一半。随后几十年计算机硬件的发展基本印证了摩尔的预言，后人称之为“摩尔定律”。

4摩尔定律1.4.2通用数字电子计算机后摩尔时代，摩尔定律还管用吗？黄氏定律又指什么？5.黄氏定律

黄氏定律，是以英伟达首席执行官黄仁勋（JensenHuang）名字命名的定律，其预测GPU将推动AI性能实现逐年翻倍。1.4.2通用数字电子计算机6.计算机系统冯·诺依曼结构通用电子计算机种类繁多，产品丰富，可以满足不同人群的各种应用需求，常见的有智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机，不常见但是非常重要的有服务器、超级计算机。1.4.3计算机类型1.通用数字电子计算机

智能手机、台式机、笔记本电脑、平板电脑、嵌入式计算机等。1.4.3计算机类型2.高性能计算

服务器(Server)，超级计算机(SuperComputer)1.4.3计算机类型3.网络计算

网络计算(Networkcomputing)是指用户通过专用计算机网络或者共用计算机网络进行信息传输和处理，它可将一组通过广域网连接起来的性质不同的计算资源集合起来，作为一个单独的计算环境向用户提供计算服务。优点：方便、可靠、便宜代表：云计算1.4.3计算机类型本章小结:

自动计算是应用需求推动技术发展的必然结果。我们应牢记图灵、冯诺依曼等科