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1頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(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2頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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3頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(1946)2.1第4頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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5頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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6頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(xiàn)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7頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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8頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硬件技術(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9頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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10頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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11頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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12頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月133.第3代微處理器Intel8086—16位微處理器(1978)

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

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

IBMPC(1981)、IBMPC/XTIntel80286—

高檔16位微處理器(1982)

數(shù)據(jù)總線(xiàn)16位，地址總線(xiàn)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13頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月14Intel微處理器發(fā)展概述了解第14頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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15頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一臺(tái)vonNeumann系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)2.1第16頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IBMSystem／360

2.1第17頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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18頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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19頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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20頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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21頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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22頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1最權(quán)威的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名的參考網(wǎng)址

第23頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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24頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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25頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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26頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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27頁(yè)，課件共33頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)

DOS