計算機(jī)導(dǎo)論第1章課件

第1章概述

（時間：2次課，4學(xué)時）第1章概述（時間：2次課，4學(xué)時）1第1章概述1.1計算機(jī)簡史1.2計算科學(xué)基礎(chǔ)1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域1.4計算機(jī)發(fā)展趨勢1.5思考題第1章概述1.1計算機(jī)簡史21.1計算機(jī)簡史1.1.1人類處理信息方式的歷史變遷1.1.2計算機(jī)的發(fā)展歷程1.1計算機(jī)簡史1.1.1人類處理信息方式的歷史變遷31.1.1人類處理信息方式的歷史變遷(1)電子計算機(jī)(ElectronicComputer)，簡稱為電腦(Computer)，誕生于20世紀(jì)40年代，它是人們采集、識別、轉(zhuǎn)換、處理信息的工具。人類社會最早使用手指、結(jié)繩、算籌等作為工具進(jìn)行計算。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和交流的增加，又發(fā)明了更先進(jìn)的計算工具——算盤。鐘表業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展，特別是齒輪傳動裝置技術(shù)的發(fā)展為機(jī)械傳動裝置計算機(jī)的產(chǎn)生提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。1.1.1人類處理信息方式的歷史變遷(1)電子計算機(jī)4機(jī)械計算器時期(1930以前)電子計算機(jī)時期(1930~1950)現(xiàn)代計算機(jī)時期(1950~now)帕斯卡與機(jī)械計算機(jī)Pascaline，1642萊布尼茲與改進(jìn)的Pascaline，1672巴貝奇與差分引擎，1823霍列瑞斯與卡片穿孔制表機(jī)，1890圖靈與圖靈機(jī)、巨人計算機(jī)Colossus，1943馮?諾依曼與IAS,1952莫奇利和?？颂嘏cENIAC,1946EDVAC,1950與UNIVAC,1951各時期計算機(jī)發(fā)展機(jī)械計算器時期(1930以前)電子計算機(jī)時期(19305機(jī)械計算器時期

帕斯卡與機(jī)械計算機(jī)Pascaline，1642早期最重要的計算工具是算盤

(abacus)

計算工具最重要的發(fā)展是帕斯卡機(jī)械計算機(jī)，也稱“Pascaline”，1642由法國數(shù)學(xué)家BlaisePascal發(fā)明?？蓪?shù)字做加減法運算。機(jī)械計算器時期

帕斯卡與機(jī)械計算機(jī)Pascaline，16機(jī)械計算器時期

帕斯卡與機(jī)械計算機(jī)Pascaline，1642為了紀(jì)念巴斯卡爾，語言大師沃斯(N.Wirth)把他設(shè)計的一種高級程序設(shè)計語言取名為Pascal。他留給了世人一句至理名言：“人好比是脆弱的蘆葦，但是他又是有思想的蘆葦?！睓C(jī)械計算器時期

帕斯卡與機(jī)械計算機(jī)Pascaline，17計算機(jī)的雛形：算盤世界第一臺機(jī)械式加法計算機(jī)(1642年)計算機(jī)的雛形：算盤世界第一臺機(jī)械式加法計算機(jī)(1642年)8機(jī)械計算器時期

萊布尼茲與改進(jìn)的Pascaline，1672德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲1672年對“Pscaline”進(jìn)行了改進(jìn)，可進(jìn)行四則運算和開方。稱之為萊布尼茲輪。－－據(jù)說他的靈感來自中國機(jī)械計算器時期

萊布尼茲與改進(jìn)的Pascaline，169巴貝奇與差分引擎，1823

1823年,設(shè)計了一臺自動的機(jī)械計算器，也稱差分引擎“(DifferenceEngine)”。1833,又開始設(shè)計可編程的自動機(jī)械數(shù)字計算機(jī)，也稱分析引擎“(AnalyticalEngine)”。巴貝奇與差分引擎，18231823年,設(shè)計了一臺自動的10機(jī)械計算器時期

霍列瑞斯與卡片穿孔制表機(jī)，18901889年，HermanHollerith的電動制表機(jī)在比賽中有出色的表現(xiàn)，并被用于1890中的人口調(diào)查。HermanHollerith采用了Jacquard織布機(jī)的概念用來計算，他用咭貯存資料，然后注入機(jī)器內(nèi)編譯結(jié)果。這機(jī)器使本來需要十年時間才能得到的人口調(diào)查結(jié)果，在短短六星期內(nèi)做到。機(jī)械計算器時期

霍列瑞斯與卡片穿孔制表機(jī)，1890188911電子計算機(jī)時期(1930~1950)

20世紀(jì)30年代，英國數(shù)學(xué)家圖靈發(fā)表了關(guān)于可計算數(shù)的論文，通過引入機(jī)器狀態(tài)使用了本質(zhì)上具有指令特點的運算操作，這種機(jī)器被稱為“圖靈機(jī)”。在圖靈1935年寫出關(guān)于可計算數(shù)的論文之后不到十年，世界上第一臺通用程序控制計算機(jī)就誕生了。電子計算機(jī)時期(1930~1950)

20世紀(jì)30年代12圖靈與圖靈機(jī)、巨人計算機(jī)Colossus，1943計算機(jī)界的諾貝獎：圖靈獎1943年，圖靈設(shè)計了“Colossus”(巨人計算機(jī))，主要用于第二次世界大戰(zhàn)破譯德國的密碼。你知道嗎？圖靈與圖靈機(jī)、巨人計算機(jī)Colossus，1943計算機(jī)13第二次世界大戰(zhàn)的需求，使美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電工學(xué)院的莫克萊(J.W.Mauchly)等人在1946年2月設(shè)計制造出了ENIAC(電子數(shù)字積分計算機(jī))。EDVAC方案的主要內(nèi)容是確定了計算機(jī)由運算器、控制器、存儲器、輸入、輸出等5部分組成。1952年，馮·諾依曼等人完成了EDVAC機(jī)的建造工作。電子計算機(jī)時期(1930~1950)

第二次世界大戰(zhàn)的需求，使美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電工學(xué)院的莫克14第一臺電子計算機(jī)，ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator(ENIAC)的誕生（1946）：莫奇利、?？颂嘏cENIAC,1946第一臺電子計算機(jī)，ElectronicNumerical15偉大的馮?諾依曼模型馮?諾依曼的IAS計算機(jī)誕生于1952。？主要思想偉大的馮?諾依曼模型馮?諾依曼的IAS計算機(jī)誕生于1916vonNeumann/Turing馮諾依曼/圖靈StoredProgramconceptMainmemorystoringprogramsanddata

主存儲器：用于存儲數(shù)據(jù)和指令A(yù)LUoperatingonbinarydata

能夠操作二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)邏輯單元Controlunitinterpretinginstructionsfrommemoryandexecuting

控制器：翻譯內(nèi)存中的指令并執(zhí)行Inputandoutputequipmentoperatedbycontrolunit

由控制器操縱的輸入、輸出設(shè)備vonNeumann/Turing馮諾依曼/圖靈Store17vonNeumann/Turing存儲程序思想：將事先編好的程序和原始數(shù)據(jù)送入主存中，然后啟動計算機(jī)工作。計算機(jī)應(yīng)能在不需操作人員干預(yù)下，自動完成逐條取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)。vonNeumann/Turing18馮?諾依曼生平簡介美籍匈牙利數(shù)學(xué)家

美籍匈牙利數(shù)學(xué)家

馮?諾依曼生平簡介美籍匈牙利數(shù)學(xué)家美籍匈牙利數(shù)學(xué)家19計算機(jī)導(dǎo)論第1章課件20現(xiàn)代計算機(jī)時期(1950~now)

1948年發(fā)明的晶體管改變了計算機(jī)的建造方式。采用晶體管研制第二代電子計算機(jī)的工作就在美國的一些著名實驗室進(jìn)行了。1958年，當(dāng)?shù)诙嬎銠C(jī)還處于剛剛準(zhǔn)備批量生產(chǎn)的時候，美國得克薩斯州儀器公司制成了第一塊半導(dǎo)體集成電路。三年后，得克薩斯州儀器公司在軍方的支持下，研制成功了第一臺試驗性的集成電路計算機(jī)。1967年，由于大量的編程語言得到應(yīng)用，IBM公司決定該公司的計算機(jī)系統(tǒng)成為“非捆綁式”。即以前，用戶需要購買計算機(jī)及其系統(tǒng)上運行的各種語言的翻譯程序，而現(xiàn)在可只購買需要的翻譯程序。由此形成了語言翻譯程序的競爭，開創(chuàng)了軟件產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)代計算機(jī)時期(1950~now)

1948年發(fā)明的晶2160年代后期，出現(xiàn)高級語言的發(fā)展、出現(xiàn)了進(jìn)程的概念和分時操作系統(tǒng)。70年代初，半導(dǎo)體集成電路技術(shù)取得了飛速進(jìn)步。體積不斷地縮小，價格逐年下降，采用大規(guī)模集成電路的計算機(jī)系統(tǒng)，電子計算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了第四代。從80年代起，網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)系統(tǒng)的出現(xiàn)，支持了分布式信息處理。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信息處理的計算活動被稱作分布式計算。目前，支持高性能計算的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、并行與分布式算法、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信等成為發(fā)展方向?，F(xiàn)代計算機(jī)時期(1950~now)

60年代后期，出現(xiàn)高級語言的發(fā)展、出現(xiàn)了進(jìn)程的概念和分時操作221.1.2計算機(jī)的發(fā)展歷程1.1.2計算機(jī)的發(fā)展歷程23第一代計算機(jī)第一代計算機(jī)（1946-1958）是采用電子管作為邏輯元件，用陰極射線管或汞延遲線作主存儲器，外存主要使用紙帶、卡片等，程序設(shè)計主要使用機(jī)器指令或符號指令，應(yīng)用領(lǐng)域主要是科學(xué)計算。當(dāng)時的運算速度為5千——3萬次每秒。1946年2月世界上第一臺電子計算機(jī)ENIAC在美國的賓夕法尼亞大學(xué)誕生。它采用電子管作為計算機(jī)的基本元件，由18000多個電子管，1500多個繼電器，價值48萬美元,占地170m2，重量30噸，每小時耗電30萬千瓦,是一個龐然大物，每秒能進(jìn)行5000次加法運算。

ENIAC機(jī)房第一代計算機(jī)第一代計算機(jī)（1946-195824第二代計算機(jī)第二代計算機(jī)（1959-1964）用晶體管代替了電子管，主存儲器均采用磁芯存儲器，磁鼓和磁盤開始用作主要的外存儲器，程序設(shè)計使用了更接近于人類自然語言的高級程序設(shè)計語言，計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也從科學(xué)計算擴(kuò)展到了事務(wù)處理、工程設(shè)計等多個方面。1954年美國貝爾實驗室建成世界上第一臺晶體管計算機(jī)TRADIC。開始了第二代計算機(jī)的發(fā)展。第二代晶體管計算機(jī)第二代計算機(jī)第二代計算機(jī)（1959-196425第三代計算機(jī)第三代計算機(jī)（1965-1970）采用中小規(guī)模的集成電路塊代替了晶體管等分立元件，半導(dǎo)體存儲器逐步取代了磁芯存儲器的主存儲器地位，磁盤成了不可缺少的輔助存儲器，計算機(jī)也進(jìn)入了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的發(fā)展時期，計算機(jī)的管理、使用方式也由手工操作完全改變?yōu)樽詣庸芾?，使計算機(jī)的使用效率顯著提高。IBMS/3601964年研制出計算機(jī)歷史上最成功的機(jī)型之一IBMS/360。S/360極強(qiáng)的通用性適用于各方面的用戶，它具有“360度”全方位的特點，并因此得名。IBM為此投入了50億美元的研發(fā)費用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過制造原子彈的的20億美元。IBM360成為第三代電腦的標(biāo)志性產(chǎn)品第三代計算機(jī)第三代計算機(jī)（1965-197026第四代計算機(jī)第四代計算機(jī)（1971-至今）使用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，主存儲器均采用半導(dǎo)體存儲器，主要的外存儲器是磁帶、磁盤、光盤，微處理器和微型計算機(jī)誕生。多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，讓計算機(jī)深入到社會的各個領(lǐng)域。1976年蘋果計算機(jī)：集成電路的發(fā)展，計算機(jī)開始了小型化的歷程。最新的筆記本電腦1982年IBM個人計算機(jī)第四代計算機(jī)第四代計算機(jī)（1971-至今）使271.2計算機(jī)科學(xué)1.2.1什么是計算科學(xué)1.2.2計算機(jī)與計算科學(xué)1.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系1.2計算機(jī)科學(xué)1.2.1什么是計算科學(xué)281.2.1

什么是計算科學(xué)一般說來，計算科學(xué)是描述和變換信息的算法過程，包括其理論分析、設(shè)計，效率分析、實現(xiàn)和應(yīng)用系統(tǒng)的研究。綜觀計算科學(xué)的基本問題就是：什么能(有效地)自動進(jìn)行，什么不能(有效地)自動進(jìn)行。長期以來，國內(nèi)外計算機(jī)科學(xué)界一直對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)究竟屬于科學(xué)還是屬于工程的范疇這一問題存在著爭議。學(xué)術(shù)團(tuán)體有ACM、IEEE/CS電子電器工程師學(xué)會計算機(jī)學(xué)會、IFIP，AAAI、國際人工智能聯(lián)合會議(ICAI)，中國計算機(jī)學(xué)會等。1.2.1什么是計算科學(xué)一般說來，計算科學(xué)是描述和291.2.2

計算機(jī)與計算科學(xué)當(dāng)?shù)谝慌_電子數(shù)字計算機(jī)誕生后，人們就想把各種各樣的事情都讓計算機(jī)來完成，這樣就使計算機(jī)的應(yīng)用日益擴(kuò)展。任何學(xué)科都有其基本的研究范疇和支持整個學(xué)科賴以發(fā)展的核心內(nèi)容，計算科學(xué)也一樣，支持計算科學(xué)向各個學(xué)科滲透、應(yīng)用和發(fā)展的正是一些最基本的共性理論、方法和技術(shù)。人們將計算機(jī)在各行各業(yè)的具體應(yīng)用與研究計算機(jī)應(yīng)用與具體領(lǐng)域的共性理論、方法和技術(shù)的研究區(qū)分開來。前者叫計算機(jī)具體應(yīng)用，后者稱為計算機(jī)應(yīng)用或計算機(jī)基本應(yīng)用技術(shù)，屬于計算科學(xué)范疇。1.2.2計算機(jī)與計算科學(xué)當(dāng)?shù)谝慌_電子數(shù)字計算機(jī)誕生后301.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(1)離散結(jié)構(gòu)：主要內(nèi)容包括：集合論、數(shù)理邏輯、近似代數(shù)、圖論和組合數(shù)學(xué)等。程序設(shè)計基礎(chǔ)：主要內(nèi)容包括：程序設(shè)計結(jié)構(gòu)、算法、問題求解和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。算法與復(fù)雜性：主要內(nèi)容包括：算法的復(fù)雜度分析、典型的算法策略、分布式算法、并行算法、可計算理論、P類和NP類問題、自動機(jī)理論、密碼算法以及幾何算法等。CC2001將計算學(xué)科的主要內(nèi)容分為14個主領(lǐng)域：1.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(1)離散結(jié)構(gòu)：主要內(nèi)容包括311.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(2)4.體系結(jié)構(gòu)：主要內(nèi)容包括：數(shù)字邏輯、數(shù)據(jù)的機(jī)器表示、匯編級機(jī)器組織、存儲技術(shù)、接口和通信、多道處理和預(yù)備體系結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)等。5.操作系統(tǒng)：主要內(nèi)容包括：操作系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)、并發(fā)處理、資源分配與調(diào)度、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)等。6.網(wǎng)絡(luò)計算：主要內(nèi)容包括：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理、無線和移動計算以及多媒體數(shù)據(jù)技術(shù)等。1.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(2)4.體系結(jié)構(gòu)：主要內(nèi)容321.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(3)7.程序設(shè)計語言：主要內(nèi)容包括：程序設(shè)計模式、虛擬機(jī)、類型系統(tǒng)、執(zhí)行控制模型、語言翻譯系統(tǒng)、程序設(shè)計語言的語義學(xué)、基于語言的并行構(gòu)件等。8.人—機(jī)交互：主要內(nèi)容包括：以人為中心的軟件開發(fā)和評價、圖形用戶接口設(shè)計、多媒體系統(tǒng)的人機(jī)接口等。9.圖形學(xué)和可視化計算：主要內(nèi)容包括：計算機(jī)圖形學(xué)、可視化、虛擬現(xiàn)實、計算機(jī)視覺等。1.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(3)7.程序設(shè)計語言：主要331.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(4)10.智能系統(tǒng)：主要內(nèi)容包括：約束可滿足性問題、知識表示和推理、Agent、自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能規(guī)劃系統(tǒng)和機(jī)器人學(xué)等。11.信息管理：主要內(nèi)容包括：信息模型與信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)建模、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫查詢語言、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計、事物處理、分布式數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、信息存儲與檢索、超文本和超媒體、多媒體信息與多媒體系統(tǒng)、數(shù)字圖書館等。12.軟件工程：主要內(nèi)容包括：軟件過程、軟件需求與規(guī)格說明、軟件設(shè)計、軟件驗證、軟件演化、軟件項目管理、軟件開發(fā)工具與環(huán)境、基于構(gòu)件的計算、形式化方法、軟件可靠性、專用系統(tǒng)開發(fā)等。1.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(4)10.智能系統(tǒng)：主要內(nèi)341.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(5)13.社會和職業(yè)的問題：主要內(nèi)容包括：計算的歷史、計算的社會背景、分析方法和工具、專業(yè)和道德責(zé)任、基于計算機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)險與責(zé)任、知識產(chǎn)權(quán)、隱私與公民的自由、計算機(jī)犯罪、與計算有關(guān)的經(jīng)濟(jì)問題、哲學(xué)框架等。14.科學(xué)計算：主要內(nèi)容包括：數(shù)值分析、運籌學(xué)、模擬和仿真、高性能計算。1.2.3計算科學(xué)的學(xué)科體系(5)13.社會和職業(yè)的問題351.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1計算機(jī)的分類1.3.2計算機(jī)應(yīng)用1.3.3信息高速公路——社會的信息化1.3計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1計算機(jī)的分類361.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）1、巨型機(jī)：超級計算機(jī)，“銀河-Ⅲ”百億次計算機(jī)和“曙光”千億次計算機(jī)。具有很強(qiáng)的計算和處理數(shù)據(jù)的能力，主要特點表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設(shè)備及豐富的、高功能的軟件系統(tǒng)。1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）1、巨型機(jī)：超級計算機(jī)37應(yīng)用

巨型計算機(jī)實際上是一個巨大的計算機(jī)系統(tǒng)，主要用來承擔(dān)重大的科學(xué)研究、國防尖端技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的大型計算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)。如大范圍天氣預(yù)報，整理衛(wèi)星照片，原子核物的探索，研究洲際導(dǎo)彈、宇宙飛船等，制定國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展計劃，項目繁多，時間性強(qiáng)，要綜合考慮各種各樣的因素，依靠巨型計算機(jī)能較順利地完成。1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）應(yīng)用1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）38研究投入：

對巨型計算機(jī)的指標(biāo)這樣規(guī)定：首先，計算機(jī)的運算速度平均每秒1000萬次以上；其次，存貯容量在1000萬位以上。如我國研制成功的"銀河"計算機(jī)，就屬于巨型計算機(jī)。巨型計算機(jī)的發(fā)展是電子計算機(jī)的一個重要發(fā)展方向。它的研制水平標(biāo)志著一個國家的科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的程度，體現(xiàn)著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實力。一些發(fā)達(dá)國家正在投入大量資金和人力、物力，研制運算速度達(dá)幾百億次的超級大型計算機(jī)。1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）研究投入：1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）39巨型計算機(jī)的組成

巨型機(jī)主機(jī)由高速運算部件和大容量快速主存貯器構(gòu)成。由于巨型機(jī)加工數(shù)據(jù)的吞吐量很大，只有主存是不夠的，一般有半導(dǎo)體快速擴(kuò)充存貯器和海量（磁盤）存貯子系統(tǒng)來支持。對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的用戶，常需大型聯(lián)機(jī)磁帶子系統(tǒng)或光盤子系統(tǒng)作為大量信息數(shù)據(jù)進(jìn)／出的媒介。1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）巨型計算機(jī)的組成1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）40巨型機(jī)主機(jī)一般不直接管理慢速的輸入／輸出（I／O）設(shè)備，而是通過I／O接口通道聯(lián)結(jié)前端機(jī)，由前端機(jī)做I／O的工作，包括用戶程序和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備、運算結(jié)果的打印與繪圖輸出等。前端機(jī)一般用小型機(jī)。I／O的另一種途徑是通過網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)上的用戶借助其端機(jī)（微機(jī)、工作站、小型大型機(jī)）通過網(wǎng)來使用巨型機(jī)，I／O均由用戶端機(jī)來做。網(wǎng)絡(luò)方式可大大提高巨型機(jī)的利用率。1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）巨型機(jī)主機(jī)一般不直接管理慢速的輸入／輸出（I／O）設(shè)備，而是41巨型計算機(jī)的速度

“天河一號”：我國首臺千萬億次超級計算機(jī)。計劃從2010年9月開始進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試與測試，并分步提交用戶使用。它每秒鐘1206萬億次的峰值速度，和每秒563.1萬億次的Linpack實測性能，使這臺名為“天河一號”的計算機(jī)位居同日公布的中國超級計算機(jī)前100強(qiáng)之首，也使中國成為繼美國之后世界上第二個能夠自主研制千萬億次超級計算機(jī)的國家。歷代名稱：神威、銀河、曙光、天河1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）巨型計算機(jī)的速度1.3.1計算機(jī)的分類（巨型機(jī)）421.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）43大型機(jī)：運算速度和存儲容量僅次于巨型機(jī)。大型機(jī)一般用在尖端的科研領(lǐng)域，主機(jī)非常龐大，通常由許多中央處理器協(xié)同工作

，超大的內(nèi)存，海量的存儲器。使用專用的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。服務(wù)器一般應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為其他電腦提供各種服務(wù)，比如文件服務(wù)、打印服務(wù)、郵件服務(wù)、www服務(wù)等等1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）大型機(jī)：運算速度和存儲容量僅次于巨型機(jī)。1.3.1計算441.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）大型機(jī)（mainframe）這個詞，最初是指裝在非常大的帶框鐵盒子里的大型計算機(jī)系統(tǒng)，以用來同小一些的迷你機(jī)和微型機(jī)有所區(qū)別。雖然這個詞已經(jīng)通過不同方式被使用了很多年，大多數(shù)時候它卻是指system/360開始的一系列的IBM計算機(jī)。這個詞也可以用來指由其他廠商，如Amdahl,HitachiDataSystems(HDS)制造的兼容的系統(tǒng)。

1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）大型機(jī)（mainfra4580年代以來,網(wǎng)絡(luò)化和微型化的日趨明顯,傳統(tǒng)的集中式處理和主機(jī)/啞終端模式越來越不能適應(yīng)人們的需要,在這種情況下,傳統(tǒng)的大型機(jī)和小型機(jī)都陷入了危機(jī)。為了應(yīng)對危機(jī),一些大型機(jī)和小型機(jī)改變了原先的一些功能和模式,以C/S模式中的服務(wù)器角色重新適應(yīng)了人們的需求。1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）80年代以來,網(wǎng)絡(luò)化和微型化的日趨明顯,傳統(tǒng)的集中式處理和主46在微型計算機(jī)、UNIX服務(wù)器、工作站的沖擊下,不能適應(yīng)這種變化的傳統(tǒng)小型機(jī)已經(jīng)淘汰,而IBM大型主機(jī)卻長盛不衰,這其中主要的原因是：RAS（Reliability,Availability,Serviceability高可靠性、高可用性、高服務(wù)性），I/O處理能力以及ISA。今日而言,大型主機(jī)在MIPS(每秒百萬指令數(shù))已經(jīng)不及微型計算機(jī)(microcomputer),但是它的I/O能力、非數(shù)值計算能力、穩(wěn)定性、安全性卻是微型計算機(jī)所望塵莫及的。1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）在微型計算機(jī)、UNIX服務(wù)器、工作站的沖擊下,不能適應(yīng)這種變47大型主機(jī)和超級計算機(jī)(舊稱巨型機(jī))的主要區(qū)別:1.大型主機(jī)使用專用指令系統(tǒng)和操作系統(tǒng),超級計算機(jī)使用通用處理器及UNIX或類UNIX操作系統(tǒng)(如linux)。2.大型主機(jī)長于非數(shù)值計算(數(shù)據(jù)處理),超級計算機(jī)長于數(shù)值計算(科學(xué)計算)。3.大型主機(jī)主要用于商業(yè)領(lǐng)域,如銀行和電信,而超級計算機(jī)用于尖端科學(xué)領(lǐng)域,特別是國防領(lǐng)域。1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）大型主機(jī)和超級計算機(jī)(舊稱巨型機(jī))的主要區(qū)別:1.3.1484.大型主機(jī)大量使用冗余等技術(shù)確保其安全性及穩(wěn)定性,所以內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常有兩套。而超級計算機(jī)使用大量處理器,通常由多個機(jī)柜組成。5.為了確保兼容性,大型主機(jī)的部分技術(shù)較為保守。目前生產(chǎn)大型主機(jī)的企業(yè):IBM、UNISYS

1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）4.大型主機(jī)大量使用冗余等技術(shù)確保其安全性及穩(wěn)定性,所以內(nèi)部49注意:1.SUN公司和HP公司不生產(chǎn)一般意義上的大型主機(jī),但生產(chǎn)性能和用途類似于IBM大型主機(jī)的高端UNIX服務(wù)器,這些服務(wù)器通常稱作為大型機(jī)級服務(wù)器。2.當(dāng)前,IBM大型主機(jī)是其z系列服務(wù)器。1.3.1計算機(jī)的分類（大型機(jī)）注意:1.SUN公司和HP公司不生產(chǎn)一般意義上的大型主機(jī),50小型機(jī)小型機(jī)：規(guī)模較小，它結(jié)構(gòu)較簡單、操作簡便、維護(hù)容易、成本較低。小型機(jī)是指采用8-32顆處理器，性能和價格介于PC服務(wù)器和大型主機(jī)之間的一種高性能64位計算機(jī)。一般而言，小型機(jī)具有高運算處理能力、高可靠性、高服務(wù)性、高可用性等四大特點。小型機(jī)小型機(jī)：規(guī)模較小，它結(jié)構(gòu)較簡單、操作簡便、維護(hù)容易、成51小型機(jī)是指運行原理類似于PC（個人電腦）和服務(wù)器，但性能及用途又與它們截然不同的一種高性能計算機(jī)，它是70年代由DEC（數(shù)字設(shè)備公司）公司首先開發(fā)的一種高性能計算產(chǎn)品。小型機(jī)小型機(jī)是指運行原理類似于PC（個人電腦）和服務(wù)器，但性能及用52

小型機(jī)僅僅是低價格、小規(guī)模的大型計算機(jī)，典型的小型機(jī)運行UNIX或者象MPE、VEM等專用的操作系統(tǒng)。它們比大型機(jī)價格低，卻幾乎有同樣的處理能力。HP的9000系列小型機(jī)幾乎可與IBM的傳統(tǒng)大型計算機(jī)相競爭。小型機(jī)小型機(jī)53小型機(jī)跟普通的服務(wù)器（也就是常說的PC-SERVER）是有很大差別的，最重要的一點就是小型機(jī)的高RAS（Reliability,Availability,Serviceability高可靠性、高可用性、高服務(wù)性）特性。小型機(jī)小型機(jī)跟普通的服務(wù)器（也就是常說的PC-SERVER）是有很54微型機(jī)微型機(jī)：個人計算機(jī)或微機(jī)。微型計算機(jī)簡稱“微型機(jī)”、“微機(jī)”，由于其具備人腦的某些功能，所以也稱其為“微電腦”。是由大規(guī)模集成電路組成的、體積較小的電子計算機(jī)。它是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲器及輸入輸出(I／0)接口電路和相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的裸機(jī)。把微型計算機(jī)集成在一個芯片上即構(gòu)成單片微型計算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)。微型機(jī)微型機(jī)：個人計算機(jī)或微機(jī)。551、微型計算機(jī)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。其中存儲器又分內(nèi)存儲器、外存儲器；通常我們把輸入設(shè)備及輸出設(shè)備統(tǒng)稱為外圍設(shè)備；而運算器和控制器又稱為中央處理器——CPU(CentralProcessingUnit)。2、由微型計算機(jī)配以相應(yīng)的外圍設(shè)備(如打印機(jī)、顯示器、磁盤機(jī)和磁帶機(jī)等)及其他專用電路、電源、面板、機(jī)架以及足夠的軟件構(gòu)成的系統(tǒng)叫做微型計算機(jī)系統(tǒng)(MicrocomputerSystem)（就是我們通常說的電腦）。微型機(jī)1、微型計算機(jī)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五565.工作站：實際上是一臺高檔微機(jī)，它是配有大容量主存，具有高速運算能力。5.工作站：實際上是一臺高檔微機(jī)，它是配有大容量主存，具571.3.2計算機(jī)應(yīng)用(1)科學(xué)計算：解決科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計中存在的大量的數(shù)學(xué)計算問題。例如，求解上千階的微分方程組、幾百個方程的線性方程組、大型矩陣運算等.數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理泛指任何形式的計算機(jī)管理和操縱數(shù)據(jù)的過程，例如，企業(yè)管理、庫存管理、帳目計算、信息情報檢索等。實時控制：計算機(jī)的速度不斷提高，計算機(jī)的指令周期已降到幾ns級，使得許多生產(chǎn)過程的實時控制成為可能。例如，化工生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度等參數(shù)的控制。1.3.2計算機(jī)應(yīng)用(1)科學(xué)計算：解決科學(xué)技術(shù)和工程581.3.2計算機(jī)應(yīng)用(2)4.計算機(jī)輔助設(shè)計和制造：CAD/CAM系統(tǒng)已發(fā)展成為更高級的計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。5.人工智能：是探索和模擬人的感覺和思維過程的科學(xué)，它是在控制論、計算機(jī)科學(xué)、仿生學(xué)、生理學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興邊緣學(xué)科。6.通信和文字處理：包括文字信息的產(chǎn)生、修改、編輯、復(fù)制、保存、檢索、傳輸?shù)?，通信和文字處理是實現(xiàn)辦公自動化、電子郵件、計算機(jī)會議和計算機(jī)出版等新技術(shù)的必由之路。7.多媒體技術(shù)：圖形、聲音、靜態(tài)圖像、動畫、動態(tài)圖像等多媒體技術(shù)。1.3.2計算機(jī)應(yīng)用(2)4.計算機(jī)輔助設(shè)計和制造：591.3.2計算機(jī)應(yīng)用(3)8.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息高速公路：把分布在不同地域的獨立的計算機(jī)系統(tǒng)用通信設(shè)施連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享。網(wǎng)絡(luò)從地域范圍大小上分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。9.教育：包括計算機(jī)輔助教學(xué)、知識信息系統(tǒng)、自然語言處理等。計算機(jī)輔助教學(xué)生動、形象、易于理解，是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段之一。10.軍事：包括軍隊自動化指揮系統(tǒng)、計算機(jī)作戰(zhàn)模擬、軍事信息處理武器的自動控制、精確制導(dǎo)武器、軍用機(jī)器人、數(shù)字化部隊、后勤保障等。1.3.2計算機(jī)應(yīng)用(3)8.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息高速公路601.3.3信息高速公路——

社會的信息化(高性能技術(shù))1991年，美國政府提出了為期五年的高性能計算與通信計劃。高性能計算與通信包括：高性能計算機(jī)系統(tǒng)，先進(jìn)的軟件技術(shù)和算法，國家研究與教育網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)研究與人才資源。高性能計算機(jī)和高速通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，使得人們意識到地域之間的距離正在縮短，地球正變得越來越小，許多人開始把我們生活的地球稱為“地球村”。以計算機(jī)軟硬件技術(shù)、光纖通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)為基礎(chǔ)的“信息高速公路”開啟了全球信息社會的建設(shè)步伐。1.3.3信息高速公路——

社會的信息化(611.4計算機(jī)發(fā)展趨勢1.4.1微型化1.4.2