第二章計(jì)算機(jī)發(fā)展及應(yīng)用

第二章計(jì)算機(jī)發(fā)展及應(yīng)用第一頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日內(nèi)容提要2.3計(jì)算機(jī)的展望2.2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第二頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史2.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1946年美國(guó)ENIAC1955年退役十進(jìn)制運(yùn)算180001500150301500多個(gè)電子管多個(gè)繼電器千瓦噸平方英尺5000次加法／秒用手工搬動(dòng)開(kāi)關(guān)和拔插電纜來(lái)編程第三頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(1946)2.1第四頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日5第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)——ENIACHermanH.Goldstine二戰(zhàn)期間美國(guó)設(shè)在馬里蘭州阿伯丁試驗(yàn)基地的彈道研究室每天要為陸軍提供6張火力表。彈道的計(jì)算比較復(fù)雜，不同的大炮有不同的彈道軌跡，同時(shí)還受到地形、風(fēng)向、射擊角度和炮彈的類(lèi)型等許多因素的制約，一張表要計(jì)算幾百條彈道軌跡。一個(gè)熟練的計(jì)算人員用臺(tái)式計(jì)算機(jī)計(jì)算一條飛行時(shí)間60秒的彈道就得需要20多小時(shí)。當(dāng)時(shí)，負(fù)責(zé)阿伯丁彈道研究室彈道計(jì)算任務(wù)的是擁有數(shù)學(xué)博士學(xué)位的陸軍中尉赫爾曼?戈德斯坦。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，戈德斯坦得知賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電工學(xué)院有人正在進(jìn)行電子計(jì)算裝置的研制，便當(dāng)即決定給予支持。第五頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日6第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)——ENIACJohnW.Mauchly

1942年8月，莫克萊與戈德斯坦共同起草了一份題為《高速電子管計(jì)算裝置的使用》(TheUseofHigh-SpeedVacuumTubeDeviceforCalculating)的報(bào)告，提出了電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方案，它是一臺(tái)“電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）”，簡(jiǎn)稱(chēng)ENIAC。HermanH.Goldstine第六頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日7

ENIAC主頻100kHz，加法時(shí)間0.2ms，乘法時(shí)間2.8ms。ENIAC重達(dá)30噸，占地170平方米，共用了18600個(gè)電子管，運(yùn)算速度達(dá)到每秒5000次，比當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)快1000倍，是手工計(jì)算的200,000倍。但也存在著嚴(yán)重的不足：

使用十進(jìn)制，一方面造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)十分困難，因?yàn)楹茈y找到具有十種不同穩(wěn)定狀態(tài)的電氣元件；另一方面十進(jìn)制運(yùn)算電路比較復(fù)雜，影響了計(jì)算速度。無(wú)程序存儲(chǔ)功能，ENIAC為外插接型計(jì)算機(jī)，所有計(jì)算的控制需要通過(guò)手工與其板面開(kāi)關(guān)和插接導(dǎo)線來(lái)完成。存儲(chǔ)容量小，只有20個(gè)字節(jié)的寄存器存儲(chǔ)數(shù)字。故障率高，維護(hù)量大。ENIAC由近2萬(wàn)只電子管組成，電子管工作時(shí)散發(fā)的熱量很大，影響了電子管的使用壽命。功耗大，ENIAC工作時(shí)耗電量為150千瓦。第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)——ENIAC第七頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日8數(shù)字電子計(jì)算機(jī)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)第一代：約1946-1957電子真空管第二代：約1957-1964

晶體管第三代：約1965-1971

中小規(guī)模集成電路第四代：約1972-1977大規(guī)模集成電路威廉·肖克利，晶體管之父1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)杰克·基爾比，集成電路之父2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)明人：羅伯特·諾伊斯、杰克·基爾比第八頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響100000000超大規(guī)模集成電路1978－現(xiàn)在五10000000大規(guī)模集成電路1972－19771000000中小規(guī)模集成電路1965－1971

200000晶體管1958－1964

40000電子管1946－1957速度

/（次/秒）硬件技術(shù)時(shí)間代三四二一2.1第九頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日102.1.2微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展1968年，羅伯特?諾伊斯（RobertNoyce）、戈登?摩爾（GordonMoore）和安迪?格魯夫（AndyGrove）在硅谷共同創(chuàng)立了英特爾公司。OnlytheParanoidSurvive!-AndyGrove了解第十頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日11摩爾定律Moore’sLaw：Thenumberoftransistorsperintegratedcircuitwoulddoubleevery18month.這個(gè)論斷是在第一塊平面集成電路產(chǎn)生4年以后的1965年做出的。當(dāng)時(shí)認(rèn)為這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)將持續(xù)到1975年。Intel公司創(chuàng)建人之一戈登·摩爾事實(shí)上，這個(gè)發(fā)展規(guī)律在目前仍是正確的。第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日12Intel微處理器發(fā)展概述1.第1代微處理器Intel4004/4040—4位微處理器(1971)Intel8008—

低檔8位微處理器(1972)2.第2代微處理器Intel8080/8085—8位微處理器(1974)指令比較完善，有了中斷與DMA匯編、BASIC、FORTRANIntel4004Intel8085了解第十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日133.第3代微處理器Intel8086—16位微處理器(1978)

數(shù)據(jù)總線16位、地址總線20位Intel8088—準(zhǔn)16位微處理器(1979)

外部數(shù)據(jù)總線8位，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線16位

IBMPC(1981)、IBMPC/XTIntel80286—

高檔16位微處理器(1982)

數(shù)據(jù)總線16位，地址總線24位IBMPC/AT

實(shí)地址模式、虛地址保護(hù)模式虛地址模式可尋址16MB物理地址和1GB的虛擬地址Intel微處理器發(fā)展概述了解第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日14Intel微處理器發(fā)展概述了解第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日15Intel公司的典型微處理器產(chǎn)品80808位1974年808616位1979年2.9萬(wàn)個(gè)晶體管8028616位1982年13.4萬(wàn)個(gè)晶體管8038632位1985年27.5萬(wàn)個(gè)晶體管8048632位1989年120.0萬(wàn)個(gè)晶體管Pentium64位（準(zhǔn)）1993年310.0萬(wàn)個(gè)晶體管PentiumPro64位（準(zhǔn)）1995年550.0萬(wàn)個(gè)晶體管PentiumⅡ64位（準(zhǔn)）1997年750.0萬(wàn)個(gè)晶體管PentiumⅢ64位（準(zhǔn)）1999年950.0萬(wàn)個(gè)晶體管PentiumⅣ64位2000年4200.0萬(wàn)個(gè)晶體管2.1

2007年芯片上可集成3

億

5

千萬(wàn)

個(gè)晶體管預(yù)計(jì)

2010年芯片上可集成8

億

個(gè)晶體管第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日第一臺(tái)vonNeumann系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)2.1第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日IBMSystem／360

2.1第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.11:chinaSystemName：Tianhe-1A

Site：NationalSupercomputingCenterinTianjinApplicationarea：ResearchMainMemory：229376GBInstallationYear：2010OperatingSystem：LinuxProcessor：IntelEM64T最大平均速度:2566.00TFLOPSPower:4040.00KW

最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2010.11）第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.1最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2007.11）2:UnitedStates

SystemName：JaguarSite：DOE/SC/OakRidgeNationalLaboratoryApplicationarea：Research最大平均速度:1759.00TFLOPSPower:6950.60KW

第十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.1最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2007.11）3:china

SystemName：Nebulae(星云）Site：NationalSupercomputingCentreinShenzhenApplicationarea：Research最大平均速度:1271.00TFLOPSPower:2580.00KW

第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.1最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2007.11）4:Japan

SystemName：TSUBAME2.0Site：GSICCenter,TokyoInstituteofTechnologyApplicationarea：Research最大平均速度:1192.00TFLOPSPower:1398.61KW

第二十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.1最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2007.11）5:UnitedStates

SystemName：HopperSite：DOE/SC/LBNL/NERSCApplicationarea：Research最大平均速度:1054.00TFLOPSPower:2910.00KW

第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.1最權(quán)威的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名的參考網(wǎng)址

第二十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.1.3軟件技術(shù)的興起和發(fā)展機(jī)器語(yǔ)言面向機(jī)器匯編語(yǔ)言面向機(jī)器高級(jí)語(yǔ)言面向問(wèn)題FORTRAN科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算PASCAL結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)C＋＋面向?qū)ο驤ava適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境1.各種語(yǔ)言2.1第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日25世界上第一位程序員是誰(shuí)？《唐璜》的作者？英國(guó)詩(shī)人拜倫第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日26愛(ài)達(dá)·洛夫雷斯

在愛(ài)達(dá)27歲時(shí)(1843年)，她成為巴貝奇科學(xué)研究上的合作伙伴。愛(ài)達(dá)非常準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)道：“分析機(jī)‘編織’的代數(shù)模式同杰卡德織布機(jī)編織的花葉完全一樣”。于是，為分析機(jī)編制一批函數(shù)計(jì)算程序的重?fù)?dān)，落到了她的肩頭。愛(ài)達(dá)開(kāi)天辟地第一次為計(jì)算機(jī)編出了程序，其中包括計(jì)算三角函數(shù)的程序、級(jí)數(shù)相乘程序、伯努利函數(shù)程序等等。愛(ài)達(dá)編制的這些程序，即使到了今天，電腦軟件界的后輩仍然不敢輕易改動(dòng)一條指令。人們公認(rèn)她是世界上第一位軟件工程師。愛(ài)達(dá)·洛夫雷斯

英國(guó)詩(shī)人拜倫之女

第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日27愛(ài)達(dá)的主要貢獻(xiàn)1、指出分析機(jī)可以編程，發(fā)現(xiàn)編程的基本要素，如循環(huán)、子程序，被譽(yù)為世界上第一位程序員。2、建議分析機(jī)用二進(jìn)制存儲(chǔ)。3、預(yù)言分析機(jī)能唱歌、繪畫(huà)。身披素雅的斗蓬鬢角上斜插一朵白色的康乃馨顯得那么典雅端莊第二十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，2022年，8月28日2.系統(tǒng)軟件語(yǔ)言處理程序

匯編程序編譯程序解釋程序操作系統(tǒng)

DOSUN