計算機基礎第一章

大學計算機基礎——

計算機概述

教師：王曉一章計算機基礎知識1.1計算機概述1.2基于計算機的信息表示1.3計算機系統(tǒng)1.4微型計算機系統(tǒng)1.5多媒體技術(shù)基礎1.6本章小結(jié)課程內(nèi)容簡介1、計算機定義2、計算機認識3、第一臺電子計算機4、計算機發(fā)展5、計算機發(fā)展趨勢6、計算機分類7、計算機特點8、計算機應用領(lǐng)域9、中國計算機發(fā)展簡史10、計算機性能指標1、計算機定義

電子計算機是一種能夠快速、高效、準確地進行信息處理的數(shù)字化電子設備。它能按照人們事先編寫好的程序自動地將信息進行加工和處理，并能輸出人們需要的結(jié)果。

2、計算機認識

3、第一臺電子計算機

世界上第一臺電子計算機于1946年2月誕生，它的名字叫ENIAC，（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計算機）是美國賓夕法尼亞大學莫爾學院研制成功的。

3、第一臺電子計算機

3、第一臺電子計算機ENIAC的基本情況占地面積170平方米；用了大約18000只電子管，1500個繼電器，70000只電阻，l8000只電容；耗資近49萬美元；重30噸。運算速度為每秒5000次加法。耗電量驚人，功率為l50千瓦，常常因為電子管燒壞而需要停機檢修。存儲容量小，至多只能存20個字長為l0位的十進制數(shù)。與后來的存儲程序型的計算機不同，它的程序是外插型的，使用很不方便。4、計算機的發(fā)展第一代計算機第二代計算機第三代計算機第四代計算機4、計算機的發(fā)展以電子元器件更新為標志進行劃分四代計算機起迄年份物理器件主存儲器軟件應用范圍第一代1946～1957電子管磁芯、磁鼓匯編語言科學計算第二代1958～1964晶體管磁芯、磁帶程序設計語言管理程序科學計算數(shù)據(jù)處理第三代1965～1970中、小規(guī)模集成電路磁芯、磁盤操作系統(tǒng)高級語言逐步廣泛應用第四代1971～超大、大規(guī)模集成電路半導體、磁盤數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡軟件普及到社會生活各方面4.1第一代計算機主要特點

用電子管代替機械齒輪和繼電器作為基本元器件，運算速度一般為每秒幾千次至幾萬次。采用二進制形式，程序設計語言為機器語言。程序可以存儲，使用水銀延遲線、靜電存儲管、磁鼓、磁芯等作為存儲器。輸入輸出裝置主要用穿孔卡片，速度很慢。4.1第一代計算機應用領(lǐng)域主要用于科學計算。代表機型IBM公司的IBM700系列。4.2第二代計算機主要特點

用晶體管代替了電子管。采用磁芯存儲器作主存，采用磁盤與磁帶作輔存。出現(xiàn)了匯編語言和高級語言；出現(xiàn)了監(jiān)控程序。作為現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)的許多新技術(shù)相繼出現(xiàn)。出現(xiàn)了超級計算機。4.2第二代計算機應用領(lǐng)域

科學計算：數(shù)據(jù)量不大，運算強度大。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)量大，運算強度不大。實時控制：及時性要求高。代表機型IBM7000系列。

4.3第三代計算機主要特點

用集成電路取代了晶體管。用半導體存儲器淘汰了磁芯存儲器。走向了系列化、通用化和標準化。操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展。出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設計方法。出現(xiàn)了小型計算機。

4.3第三代計算機應用領(lǐng)域應用領(lǐng)域進一步拓展。代表機型IBM360系統(tǒng)。

4.4第四代計算機主要特點

用微處理器或超大規(guī)模集成電路取代了普通集成電路。存儲容量進一步擴大。輸入采用了光學字符識別和條形碼等技術(shù)。高級程序設計語言得到廣泛使用。微型計算機進入了千家萬戶?；ヂ?lián)網(wǎng)廣泛應用，形成所謂的地球村。巨型計算機也得到快速發(fā)展。

4.4第四代計算機應用領(lǐng)域幾乎覆蓋到人類生活的各個領(lǐng)域。代表機型美國IBM的“紅杉（Sequoia）”、我國國防科大的“天河二號”。

IBM4300系列、3080系列、3090系列

eServerz900系列、eServerz990系列聯(lián)想、惠普、戴爾的微機/筆記本。蘋果的iPad。5計算機的發(fā)展趨勢巨型化網(wǎng)絡化微型化智能化5計算機的發(fā)展趨勢巨型化功能特別強大，用于解決一些特別復雜的攻關(guān)難題，如國防安全、中長期天氣預報、地質(zhì)勘探等。微型化在保持計算機功能的前提下，使其體積越來越小。臺式機、筆記本、平板電腦、嵌入式計算機等。5計算機的發(fā)展趨勢網(wǎng)絡化實現(xiàn)網(wǎng)絡化，才能真正做到即時通信、資源共享、協(xié)同工作，計算機才能發(fā)揮更大的作用，給人們的的日常工作和生活帶來更大的便利。5計算機的發(fā)展趨勢智能化計算機處理過程化的計算工作及事務處理工作已經(jīng)達到了相當高的水平，是人力望塵莫及的。但在智能性工作方面，計算機還遠遠不如人腦。如何讓計算機具有人腦的智能，模擬人的推理、聯(lián)想、思維等功能，是一個重要發(fā)展方向。6計算機的分類超級計算機體積最大、速度最快、功能最強、價格也最高。主要為國家安全、空間技術(shù)、天氣預報、石油勘探、生命科學等領(lǐng)域的高強度計算服務。IBM的Roadrunner、我國的“天和二號”都屬于超級計算機。大型計算機高性能大容量的通用計算機，標準化的體系結(jié)構(gòu)和批量生產(chǎn)。在銀行、稅務、大型企業(yè)、大型工程設計等領(lǐng)域得到廣泛應用。IBMeServerz900、eServerz990、zEnterpriseEC12等是典型代表。6計算機的分類小型計算機介于微型計算機和大型計算機之間的一種計算機。PDP系列、VAX-11系列等是代表。被高性能微機取代。工作站配備有大屏幕顯示器、大容量存儲器和圖形加速卡的微型計算機。被高性能微機取代。6計算機的分類微型計算機臺式計算機和筆記本計算機平板電腦單片機和嵌入式計算機服務器通過網(wǎng)絡為客戶端計算機提供各種服務的高性能計算機。強調(diào)高速的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力。6計算機的分類7計算機的特點運算速度快世界上最快計算機的運算速度已達到5.49億億次每秒（我國的“天河二號”）。運算精度高我國古代著名數(shù)學家祖沖之計算出圓周率π的值在3.1415926～3.1415927之間，這比西方早了一千多年。英國數(shù)學家威廉·尚克斯整整花了15年的時間，才把圓周率π的值計算到小數(shù)點后707位。計算機用73小時將圓周率計算到小數(shù)點后25769億位。7計算機的特點存儲容量大如果按純文本方式存儲，1TB的硬盤可以存儲16萬冊300萬字的大部頭書籍?？煽康倪壿嬇袛嗄芰τ嬎銠C和人下棋/機器人足球比賽?？煽啃愿吆屯ㄓ眯詮?計算機的應用領(lǐng)域科學計算大型工程設計、航空航天、石油勘探、核能利用、地震預報與監(jiān)測和天氣預報等。信息處理各種信息管理系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)。過程控制火星探測器、宇宙飛船、汽車自動裝配、數(shù)控機床、無人偵察機、導彈的巡航飛行等都需要計算機控制。

8計算機的應用領(lǐng)域計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設計（CAD)、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、計算機輔助軟件工程（CASE）、計算機輔助教學（CAI）。計算機輔助管理（CMI）人工智能IBM公司研制的深藍計算機系統(tǒng)，1997年5月，以2勝1負3平的成績戰(zhàn)勝1985年以來一直占據(jù)世界冠軍寶座的卡斯帕羅夫。網(wǎng)絡應用截至2013年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達到6.18億人，居世界第一。網(wǎng)絡已廣泛應用于人們的工作、生活和休閑娛樂中。9中國計算機發(fā)展簡史1956年8月，成立了以著名數(shù)學家華羅庚教授為主任的中國科學院計算技術(shù)研究所籌備委員會。1958年8月1日，我國第一臺通用小型計算機—103機研制成功，仿制前蘇聯(lián)的M-3小型機。1959年10月1日，我國第一臺大型通用計算機—104機研制成功，仿制前蘇聯(lián)的BЭCM大型機。1960年，我國第一臺自行設計的計算機—107機研制成功，運算速度為250次每秒。1964年，我國第一臺自行設計的大型通用計算機—119機研制成功，浮點運算速度為5萬次每秒。9中國計算機發(fā)展簡史1965年4月，我國第一臺自行設計的晶體管計算機441-B通過國家鑒定，運算速度為1.2萬次每秒浮點運算。1967年9月，大型通用晶體管計算機109丙研制成功，浮點運算速度為11.5萬次每秒（功勛計算機）。1972年正式交付使用的111計算機，采用小規(guī)模集成電路。1973年8月，集成電路計算機150機研制成功。1985年，研制成功與IBMPC機兼容的長城0520CH微機。1983年11月，研制成功我國第一臺大型向量機-757機。9中國計算機發(fā)展簡史1983年11月，運算速度為1億次每秒的向量巨型計算機銀河-Ⅰ在國防科技大學研制成功。1992年11月，研制成功10億次每秒的銀河-Ⅱ。1997年6月，研制成功130億次每秒的銀河-Ⅲ。9中國計算機發(fā)展簡史1993年10月，中科院計算所研制成功曙光一號計算機。1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A。2008年6月，超級計算機曙光5000A研制成功，使用了6600顆AMD巴塞羅那型4核處理器，峰值運算速度達到每秒230萬億次，世界高性能計算機排名第十（2008年11月）。9中國計算機發(fā)展簡史2002年9月，我國首枚具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能通用CPU芯片—龍芯1號通過鑒定。2006年9月，增強型龍芯2號—龍芯2E通過鑒定，主頻最高達到1GHz，定點運算速度達到每秒20億次。2007年7月，性能更優(yōu)的龍芯2F流片成功。2009年9月，4核CPU龍芯3A流片成功。2012年10月，8核CPU龍芯3B1500流片成功9中國計算機發(fā)展簡史2010年8月，國防科技大學研制成功的“天河一號”超級計算機（二期系統(tǒng)），峰值運算速度達到4.7千萬億次每秒。在2010年11月公布的國際500強超級計算機排行榜中，“天河一號”名列第一。2013年5月，國防科技大學研制成功的“天河二號”超級計算機，峰值運算速度達到5.49億億次每秒。在2013年6月和2013年11月公布的國際500強超級計算機排行榜中，“天河二號”均名列第一。9中國計算機發(fā)展簡史9中國計算機發(fā)展簡史“天河二號”超級計算機包含16000個運算節(jié)點，每節(jié)點配備2顆IntelXeonE512核心的CPU、3個IntelXeonPhi57核心的運算協(xié)處理器。共計包含32000顆XeonE5主處理器和48000個XeonPhi協(xié)處理器，共312萬個運算核心。峰值運算速度為5.49億億次每秒，持續(xù)運算速度達到3.39億億次每秒?！疤旌佣枴泵總€節(jié)點擁有64GB內(nèi)存，而每個XeonPhi協(xié)處理器板載8GB內(nèi)存，每節(jié)點共88GB內(nèi)存，整臺計算機的內(nèi)存總計為1.408PB（1408萬億字節(jié)）。外存為12.4PB（12400萬億字節(jié)）容量的硬盤陣列。配置的操作系統(tǒng)為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)。9中國計算機發(fā)展簡史“天河二號”由170個機柜組成，包括125個計算機柜、8個服務機柜、13個通信機柜和24個存儲機柜，占地720平方米。每個計算機柜容納