第一课计算机的过去与未来.ppt

1、计算机的过去和未来计算机的发展历程,韦凤娉,浙江教育出版社,学习目标,了解计算机的发展历史 了解历代计算机采用的主要部件 了解计算机未来发展的方向,信息技术（Information Technology，简称IT）,是指与信息的获取、传递、存储、加工、表达等相关的一切技术。 计算机技术、网络技术是现代信息技术的基础。,计算机发展史,早先的计算工具,欧洲直到17世纪才出现 计算尺和机械式计算机,人类最初用手指计算，因为人有两只手，十个手指头。用手指头计算固然方便，但不能存储计算结果。于是人们用结绳记事来延长记忆能力。,到了春秋时期就出现了算筹。 算筹是我国古代最早用来计数 和计算的工具，一般是由

2、十几 厘米长的竹签制成，用它摆成 不同的形式来表示不同的数。,到了唐朝已经有了至今仍在 使用的计算工具算盘。 珠算是我国人民独特的创造。,早期的计算机器,早期的计算机器,哈佛大学研制的机电式自动顺序控制计算机MARK I,现代计算机-第一代计算机,主要特点 逻辑元件电子管 主存磁鼓 辅存磁带 软件机器语言、符号语言 应用科学计算 主要成就 数字电子计算机的出现，揭开了人类历史新篇章。 1946年6月，冯诺依曼提出了“存储程序”的概念以及计算机组成和框架，奠定了现代计算机的基础。,冯诺伊曼及冯诺伊曼结构,电子管计算机,1946年世界上第一台电子计算机 ENIAC（Electronic Numer

3、ical Integrator And Computer，注意ENIAC并不是基于“存储程序”工作的计算机！）在美国宾夕法尼亚大学研制成功。,5000次加法/秒 体重30吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW,第二代电子计算机,主要特点 逻辑元件 晶体管 主存 磁芯 辅存 磁盘 软件 高级程序设计语言、操作系统 应用 除科学计算外，已应用于数据处理、过程控制 主要成就 首次将晶体管用于计算机，使计算机缩小了体积，减低了功耗，提高了速度和可靠性。 发明了高级语言。 首次提出了计算机的兼容问题，包括硬件兼容和软件兼容。,晶体管计算机,第三代 集成电路计算机,第四代

4、电子计算机,主要特点 逻辑元件 大规模/超大规模集成电路（LSI/VLSI） 主存 LSI/VLSI半导体芯片 辅存 磁盘、光盘 软件 高级程序设计语言、操作系统 应用 科学计算、数据处理、过程控制，并进入以计算机网络为特征的应用时代,各种第四代计算机,我国计算机的发展,1958年研制出第一台电子管计算机 1964年研制出第二代晶体管计算机 1971年研制出第三代集成电路计算机 1977年研制出第一台微机DJS050 1983年研制成功银河亿次机（第四代计算机） 2002年9月联想集团研制成功“深腾1800”计算机，运算速度超过1万亿次/秒 2003年12月，我国自主研发出国内最快、世界第三的

5、10万亿次曙光4000A高性能计算机 2010年，中国国防科大研制的“天河一号”在高性能计算机排行榜上位列第一，曙光公司部署在深圳计算中心的“星云”排行第三；,我国计算机产业发展存在的问题,自主创新能力不足； 核心技术缺失（CPU制造技术，高科技材料技术，操作系统技术，高性能网络服务器技术）； 大规模软件几乎空白； 发展体制存在缺陷； 相关法律法规不够健全，知识产权保护存在漏洞；,未来的计算机,巨型化：天文、军事、仿真、科学计算等领域需要进行大量的计算，要求计算机有更高的运算速度、更大的存储量，这就需要研制功能更强的巨型计算机； 专业化：工业计算机、嵌入式设备在工业上和专业领域应用前景广阔，车

6、载电脑、工控计算机、银行系统等； 微型化：专用微型机已经大量应用于仪器、仪表和家用电器中。笔记本电脑已经大量进入办公室和家庭，但是便携性、续航能力仍不够人们全天候使用，应运而生的便携式互联网设备（MID）、智能手机、平板电脑不断涌现，迅速普及； 网络化：移动通信和互联网成为当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，它们的增长速度都是任何预测家未曾预料到的，所以移动互联网可以预见将会创造怎样的经济神话； 智能化：目前的计算机已能够部分地代替人的脑力劳动，但是人们希望计算机具有更多人的智能，比如：自行思考，智能识别，自动升级等等；,智能手机的代表,操作系统：Android OS v2.

7、2 CPU型号 ：NVIDIA Tegra2 CPU频率：1024MHz 可用空间 16GB 内存 ：1GB ROM+1GB RAM 主屏尺寸： 4.0英寸,下一代计算机,随着计算机技术的发展，它已经成为我们工作上的工具，生活中的控制中心是必然的事情。计算机的未来充满了变数。性能的大幅度提高是不可置疑的，而实现性能的飞跃却有多种途径。不过性能的大幅提升并不是计算机发展的唯一路线，计算机的发展，还应当变得越来越人性化，同时也要注重环保等等。 基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台。但一些新的计算机正在跃跃欲试地加紧研究，这些计算机是：超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算

8、机等。,第五代电子计算机,从20世纪80年代开始，日本、美国、欧洲等发达国家都宣布开始新一代计算机的研究。人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模拟人的智能行为，理解人类自然语言，并继续向着微型化、网络化发展。综合起来大概有以下几个研究方向。 人工智能计算机 巨型计算机 多处理机 激光计算机 超导计算机 生物晶体计算机（DNA计算机） 量子计算,超导计算机,芯片的集成度越高，计算机的体积越小，这样才不致因信号传输而降低整机速度。但这样一来就使机器发热严重。解决问题的出路是研制超导计算机。电流在超导体中流过时，电阻为零，介质不发热。1962年，英国物理学家约瑟夫逊提出了“超导隧道效应”，即

9、由超导体绝缘体超导体组成的器件（约瑟夫逊结），当对其两端加电压时，电子就会像通过隧道一样无阻挡地从绝缘介质穿过，形成微小电流，而该器件两端的压降几乎为零。与传统的半导体计算机相比，使用约瑟夫逊器件的超导计算机的耗电量仅为其几千分之一，而执行一条指令所需的时间却要快100倍。 1999年11月，日本超导技术研究所与企业合作，制作了由1万个约瑟夫逊元件组成的超导集成电路芯片。据悉，该所定于2003年生产这种超导芯片，2010年前后制造出这种超导计算机。,纳米计算机,在纳米尺度下，由于有量子效应，硅微电子芯片便不能工作。其原因是这种芯片的工作，依据的是固体材料的整体特性，即大量电子参与工作时所呈现的

10、统计平均规律。如果在纳米尺度下，利用有限电子运动所表现出来的量子效应，可能就能克服上述困难。可以用不同的原理实现纳米级计算，目前已提出了四种工作机制： （1）电子式纳米计算技术； （2）基于生物化学物质与DNA的纳米计算机； （3）机械式纳米计算机； （4）量子波相干计算。它们有可能发展成为未来纳米计算机技术的基础。,光子计算机,与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光束代替电子进行计算和存储：它以不同波长的光代表不同的数据，以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。 研制光计算机的设想早在20世纪50年代后期就已提出。1986年，贝尔实验室的戴维.米勒研制成功小型光开关，为同实

11、验室的艾伦.黄研制光处理器提供了必要的元件。1990年1月，黄的实验室开始用光计算机工作。光计算机有全光学型和光电混合型。上述贝尔实验室的光计算机就采用了混合型结构。 相比之下，全光学型计算机可以达到更高的运算速度。研制光计算机，需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。现有的光学“晶体管”庞大而笨拙，若用它们造成台式计算机将有辆汽车那么大。因此，要想短期内使光学计算机实用化还很困难。,DNA计算机,1994年11月，美国南加州大学的阿德勒曼博士用DNA碱基对序列作为信息编码的载体，在试管内控制酶的作用下，使DNA碱基对序列发生反应，以此实现数据运算。阿德勒曼在科学上公布了DN

12、A计算机的理论，引起了各国学者的广泛关注。 阿德勒曼的计算机的计算与传统的计算机不同，计算不再只是简单的物理性质的加减操作，而又增添了化学性质的切割、复制、粘贴、插入和删除等种种方式。 DNA计算机的最大优点在于其惊人的存储容量和运算速度：1立方厘米的DNA存储的信息比一万亿张光盘存储的还多；十几个小时的DNA计算，就相当于所有电脑问世以来的总运算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有电子计算机的一百亿分之一。 与传统的“看得见、摸得着”计算机不同，目前的DNA计算机还是躺在试管里的液体。它离开发、实际应用还有相当的距离，尚有许多现实的技术性问题需要去解决。,量子计算机,量子计算机以处于量子状态

13、的原子作为中央处理器和内存，利用原子的量子特性进行信息处理。由于原子具有在同一时间处于两个不同位置的奇妙特性，即处于量子位的原子既可以代表0或1，也能同时代表0和1以及0和1之间的中间值，故无论从数据存储还是处理的角度，量子位的能力都是晶体管电子位的两倍。对此，有人曾经作过这样的比喻：假设一只老鼠准备绕过一只猫，根据经典物理学理论，它要么从左边过，要么从右边过，而根据量子理论，它却可以同时从猫的左边和右边绕过 量子计算机在外形上有较大差异，它没有盒式外壳；看起来像是一个被其它物质包围的巨大磁场；它不能利用硬盘实现信息的长期存储；但高效的运算能力使量子计算机具有广阔的应用前景。 如何实现量子计算

14、，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。这些计算机机异常敏感，哪怕是最小的干扰-比如一束从旁边经过的宇宙射线-也会改变机器内计算原子的方向，从而导致错误的结果。目前，量子计算机只能利用大约5个原子做最简单的计算。要想做任何有意义的工作都必须使用数百万个原子,人工智能,人工智能是人造的智能,是计算机科学、逻辑学、认知科学交叉形成的一门科学。其基本目标就是使机器表现出类似人类的智慧,使机器具有类似人类的智能行为,使机器思维(Making Machine“Think”)。智能接口技术是研究如何使人们能够方便自然地与计算机交流。为了实现这一目标，要求计算机能够看懂文字、听懂语言、说话表达，甚至能够进行不同语言之间的翻译，而这些功能的实现又依赖于知识表示方法的研究。,因此，智能接口技术的研究既有巨大的应用价值，又有基础的理论意义。目前，智能接口技术已经取得了显著成果，文字识别、语音识别、语音合成、图像识别、机器翻译以及自然语言理解等技术已经开始实用化。,计算机正在改变我们的生活,计算机自动控制技术,计算机在航空航天方面的应用,计算机在军事上应用广泛,国际互联网让人们生活联系更加紧密,你可能不知道的,本节课总结,一、计算机技术在不断地进步，我们无法想象未来的计算机样子，但从目前的发展看计算机将向网络化，智能化和个性化的方向发展。 二、计算机的应用领域已渗透到