第二章計算機發(fā)展及應用

第二章計算機發(fā)展及應用第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月內容提要2.3計算機的展望2.2計算機的應用2.1計算機的發(fā)展史第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1計算機的發(fā)展史2.1.1計算機的產生和發(fā)展1946年美國ENIAC1955年退役十進制運算180001500150301500多個電子管多個繼電器千瓦噸平方英尺5000次加法／秒用手工搬動開關和拔插電纜來編程第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月世界上第一臺電子計算機ENIAC(1946)2.1第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月5第一臺數(shù)字電子計算機——ENIACHermanH.Goldstine二戰(zhàn)期間美國設在馬里蘭州阿伯丁試驗基地的彈道研究室每天要為陸軍提供6張火力表。彈道的計算比較復雜，不同的大炮有不同的彈道軌跡，同時還受到地形、風向、射擊角度和炮彈的類型等許多因素的制約，一張表要計算幾百條彈道軌跡。一個熟練的計算人員用臺式計算機計算一條飛行時間60秒的彈道就得需要20多小時。當時，負責阿伯丁彈道研究室彈道計算任務的是擁有數(shù)學博士學位的陸軍中尉赫爾曼?戈德斯坦。一個偶然的機會，戈德斯坦得知賓夕法尼亞大學莫爾電工學院有人正在進行電子計算裝置的研制，便當即決定給予支持。第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月6第一臺數(shù)字電子計算機——ENIACJohnW.Mauchly

1942年8月，莫克萊與戈德斯坦共同起草了一份題為《高速電子管計算裝置的使用》(TheUseofHigh-SpeedVacuumTubeDeviceforCalculating)的報告，提出了電子計算機的設計方案，它是一臺“電子數(shù)值積分計算機（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）”，簡稱ENIAC。HermanH.Goldstine第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月7

ENIAC主頻100kHz，加法時間0.2ms，乘法時間2.8ms。ENIAC重達30噸，占地170平方米，共用了18600個電子管，運算速度達到每秒5000次，比當時的計算機快1000倍，是手工計算的200,000倍。但也存在著嚴重的不足：

使用十進制，一方面造成數(shù)據(jù)存儲十分困難，因為很難找到具有十種不同穩(wěn)定狀態(tài)的電氣元件；另一方面十進制運算電路比較復雜，影響了計算速度。無程序存儲功能，ENIAC為外插接型計算機，所有計算的控制需要通過手工與其板面開關和插接導線來完成。存儲容量小，只有20個字節(jié)的寄存器存儲數(shù)字。故障率高，維護量大。ENIAC由近2萬只電子管組成，電子管工作時散發(fā)的熱量很大，影響了電子管的使用壽命。功耗大，ENIAC工作時耗電量為150千瓦。第一臺數(shù)字電子計算機——ENIAC第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月8數(shù)字電子計算機數(shù)字電子計算機第一代：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年諾貝爾物理學獎杰克·基爾比，集成電路之父2000年諾貝爾物理學獎發(fā)明人：羅伯特·諾伊斯、杰克·基爾比第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月硬件技術對計算機更新?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）硬件技術時間代三四二一2.1第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月102.1.2微型計算機的出現(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，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月11摩爾定律Moore’sLaw：Thenumberoftransistorsperintegratedcircuitwoulddoubleevery18month.這個論斷是在第一塊平面集成電路產生4年以后的1965年做出的。當時認為這個發(fā)展趨勢將持續(xù)到1975年。Intel公司創(chuàng)建人之一戈登·摩爾事實上，這個發(fā)展規(guī)律在目前仍是正確的。第11頁，課件共33頁，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，課件共33頁，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16位、地址總線20位Intel8088—準16位微處理器(1979)

外部數(shù)據(jù)總線8位，內部數(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

實地址模式、虛地址保護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，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月14Intel微處理器發(fā)展概述了解第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月15Intel公司的典型微處理器產品80808位1974年808616位1979年2.9萬個晶體管8028616位1982年13.4萬個晶體管8038632位1985年27.5萬個晶體管8048632位1989年120.0萬個晶體管Pentium64位（準）1993年310.0萬個晶體管PentiumPro64位（準）1995年550.0萬個晶體管PentiumⅡ64位（準）1997年750.0萬個晶體管PentiumⅢ64位（準）1999年950.0萬個晶體管PentiumⅣ64位2000年4200.0萬個晶體管2.1

2007年芯片上可集成3

億

5

千萬

個晶體管預計

2010年芯片上可集成8

億

個晶體管第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月第一臺vonNeumann系統(tǒng)結構的計算機2.1第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月IBMSystem／360

2.1第17頁，課件共33頁，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

最快的五臺超級計算機（截止到2010.11）第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1最快的五臺超級計算機（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，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1最快的五臺超級計算機（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，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1最快的五臺超級計算機（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，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1最快的五臺超級計算機（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，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1最權威的超級計算機排名的參考網(wǎng)址

第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3軟件技術的興起和發(fā)展機器語言面向機器匯編語言面向機器高級語言面向問題FORTRAN科學計算和工程計算PASCAL結構化程序設計C＋＋面向對象Java適應網(wǎng)絡環(huán)境1.各種語言2.1第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月25世界上第一位程序員是誰？《唐璜》的作者？英國詩人拜倫第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月26愛達·洛夫雷斯

在愛達27歲時(1843年)，她成為巴貝奇科學研究上的合作伙伴。愛達非常準確地評價道：“分析機‘編織’的代數(shù)模式同杰卡德織布機編織的花葉完全一樣”。于是，為分析機編制一批函數(shù)計算程序的重擔，落到了她的肩頭。愛達開天辟地第一次為計算機編出了程序，其中包括計算三角函數(shù)的程序、級數(shù)相乘程序、伯努利函數(shù)程序等等。愛達編制的這些程序，即使到了今天，電腦軟件界的后輩仍然不敢輕易改動一條指令。人們公認她是世界上第一位軟件工程師。愛達·洛夫雷斯

英國詩人拜倫之女

第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月27愛達的主要貢獻1、指出分析機可以編程，發(fā)現(xiàn)編程的基本要素，如循環(huán)、子程序，被譽為世界上第一位程序員。2、建議分析機用二進制存儲。3、預言分析機能唱歌、繪畫。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，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.系統(tǒng)軟件語言處理程序

匯編程序編譯程序解釋程序操作系統(tǒng)

DOS