模塊二：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件1計(jì)算機(jī)的過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)

1、帕斯卡的加法機(jī)帕斯卡的加法機(jī) 萊布尼茲的乘法機(jī)萊布尼茲的乘法機(jī) 巴貝奇差分機(jī)巴貝奇差分機(jī)巴貝奇分析機(jī)巴貝奇分析機(jī)古老的計(jì)算工具古老的計(jì)算工具算盤算盤 人類追求的計(jì)算工具人類追求的計(jì)算工具第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)：埃尼阿克第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)：埃尼阿克第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)：埃尼阿克第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)：埃尼阿克第一臺(tái)計(jì)算機(jī)主要用于軍事領(lǐng)域的科學(xué)計(jì)算。 世界上第一臺(tái)現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”（ ENIAC），誕生于1946年2月14日的美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)，這個(gè)龐然大物為來(lái)賓表演了它的“絕招”在1秒鐘內(nèi)進(jìn)行了5000次加法運(yùn)算，這比當(dāng)時(shí)最快的繼電器計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度要快1000多倍。 它包含了17,468 真空管7,20

2、0水晶 二極管, 1,500 中轉(zhuǎn), 70,000 電阻器, 10,000 電容器，1500繼電器，6000多個(gè)開(kāi)關(guān)，耗電量150千瓦，造價(jià)48萬(wàn)美元。 ENIAC長(zhǎng)30.48米，寬1米，占地面積約170平方米，30個(gè)操作臺(tái)，約相當(dāng)于10間普通房間的大小，重達(dá)30噸，這一組數(shù)據(jù)，可想而知是多么的笨重。第一代電子計(jì)算機(jī) 又稱又稱“電子管計(jì)算電子管計(jì)算機(jī)機(jī)”。以電子管為主。以電子管為主要電路元件的電子計(jì)要電路元件的電子計(jì)算機(jī)。第一臺(tái)電子管算機(jī)。第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)于計(jì)算機(jī)于1946年在年在美美國(guó)國(guó)制成，取名埃尼阿制成，取名埃尼阿克克(eniac)。1946-1957年生產(chǎn)的電子計(jì)年生產(chǎn)的電子計(jì)算機(jī)都

3、是第一代電子算機(jī)都是第一代電子計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。第二代電子計(jì)算 第二代電子計(jì)算機(jī)采用晶第二代電子計(jì)算機(jī)采用晶體管制造的電子計(jì)算機(jī)。體管制造的電子計(jì)算機(jī)。國(guó)外第二代電子計(jì)算機(jī)的國(guó)外第二代電子計(jì)算機(jī)的生存期大約是生存期大約是1957-1964年。其年。其軟件軟件開(kāi)始使用面向開(kāi)始使用面向過(guò)程的過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如，如fortran、algol等。中國(guó)等。中國(guó)第一臺(tái)第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)于于1967年制成，運(yùn)算速度為年制成，運(yùn)算速度為每秒五萬(wàn)次。每秒五萬(wàn)次。第三代電子計(jì)算機(jī) 采用集成電路制造的電子計(jì)算機(jī)。1964年開(kāi)始出現(xiàn)，60年代末大量生產(chǎn)。其機(jī)種多樣化、系列化，外部設(shè)備品種繁多

4、，并開(kāi)始與通信設(shè)備相結(jié)合而發(fā)展為由多機(jī)組成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)。運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百萬(wàn)次，甚至幾千萬(wàn)次、上億次。中國(guó)于1970年研制成第一臺(tái)集成電路計(jì)算機(jī)。 第四代電子計(jì)算機(jī) 1967年和1977年分別出現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。由大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路組裝成的計(jì)算機(jī)，被稱為第四代電子計(jì)算機(jī)。美國(guó)ILLIAC-IV計(jì)算機(jī)，是第一臺(tái)全面使用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件和存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)的發(fā)展已到了第四代。1975年，美國(guó)阿姆爾公司研制成470V/6型計(jì)算機(jī)，隨后日本富士通公司生產(chǎn)出M-190機(jī)，是比較有代表性的第四代計(jì)算機(jī)。代次代次起止年起止年份份所用電子所用電子元器件元器件數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)

5、處理方式方式運(yùn)算速運(yùn)算速度度應(yīng)用領(lǐng)應(yīng)用領(lǐng)域域第一代第一代19461958電子管電子管匯編語(yǔ)言、代匯編語(yǔ)言、代碼程序碼程序5千千3萬(wàn)次萬(wàn)次/秒秒軍事及科研軍事及科研第二代第二代19581964晶體管晶體管高級(jí)程序設(shè)計(jì)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言語(yǔ)言數(shù)十萬(wàn)數(shù)十萬(wàn)幾幾百萬(wàn)次百萬(wàn)次/秒秒事務(wù)處理、事務(wù)處理、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理第三代第三代19641970中 、 小 規(guī) 模中 、 小 規(guī) 模集成電路集成電路結(jié)構(gòu)化、模塊結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計(jì)、化程序設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)處理實(shí)時(shí)處理數(shù)百萬(wàn)數(shù)百萬(wàn)幾幾千萬(wàn)次千萬(wàn)次/秒秒工業(yè)控制、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理第四代第四代1971今今大 規(guī) 模大 規(guī) 模 、 超超大 規(guī) 模 集 成大 規(guī) 模

6、 集 成電路電路分時(shí)、實(shí)時(shí)數(shù)分時(shí)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、計(jì)算據(jù)處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)網(wǎng)絡(luò)上億條指上億條指令令/秒秒工業(yè)、生活工業(yè)、生活等各方面等各方面電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展智能化智能化計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化微型化微型化巨型化巨型化運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的1975年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)年世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)“Cray-I”超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用：天氣預(yù)報(bào)、地震機(jī)理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學(xué)計(jì)算的高科技領(lǐng)域。算的高科技領(lǐng)域。中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)：中國(guó)超級(jí)計(jì)

7、算機(jī)：國(guó)防科技大學(xué)研制的國(guó)防科技大學(xué)研制的“銀河銀河1號(hào)號(hào)”、 “銀河銀河2號(hào)號(hào)”和和“銀河銀河3號(hào)號(hào)”國(guó)家職能計(jì)算機(jī)中心推出的國(guó)家職能計(jì)算機(jī)中心推出的“曙光曙光1000” 、“曙光曙光200I”和和“曙光曙光3000”Altair 8800計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種信息機(jī)器，一種個(gè)人的信息機(jī)器。信息機(jī)器，一種個(gè)人的信息機(jī)器。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。的產(chǎn)物。使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。的通訊和合作?！翱傆幸惶欤祟悤?huì)造出一些舉止跟人一樣

8、的總有一天，人類會(huì)造出一些舉止跟人一樣的沒(méi)有靈魂的機(jī)械沒(méi)有靈魂的機(jī)械來(lái)來(lái)”。 笛卡爾（笛卡爾（1637）第一代機(jī)器人第一代機(jī)器人機(jī)械手（機(jī)械手（1962年出現(xiàn)）年出現(xiàn)）第二代機(jī)器人第二代機(jī)器人具有具有“感覺(jué)感覺(jué)”的機(jī)器人的機(jī)器人第三代機(jī)器人第三代機(jī)器人裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的“智能機(jī)器人智能機(jī)器人”計(jì)算機(jī)是一種能按照事計(jì)算機(jī)是一種能按照事先先存儲(chǔ)存儲(chǔ)的程序，的程序，自動(dòng)自動(dòng)、高速高速進(jìn)行大量進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算數(shù)值計(jì)算和各種和各種信息處理信息處理的現(xiàn)代的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備（俗稱化智能電子設(shè)備（俗稱電腦）。電腦）。計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)按處理數(shù)據(jù)數(shù)字式計(jì)算機(jī)模擬式計(jì)算機(jī)數(shù)

9、字模擬混合按用途分類通用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)按規(guī)模分類巨型機(jī)大型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)工作站1、運(yùn)算速度快運(yùn)算速度快計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)2、存儲(chǔ)容量大存儲(chǔ)容量大3、具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力4、能進(jìn)行自動(dòng)控制能進(jìn)行自動(dòng)控制5、計(jì)算精度高計(jì)算精度高 1. 信息處理信息處理 信息處理是指對(duì)各種信息進(jìn)行收集、信息處理是指對(duì)各種信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、利存儲(chǔ)、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、利用和傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。用和傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)為什么又稱為電腦？因?yàn)橛?jì)算機(jī)和人的大腦一樣也是信息采集、加工、處理的器官。計(jì)算機(jī)是一種信息處理機(jī)。計(jì)算機(jī)是一種信息處

10、理機(jī)。 2. 科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算 （數(shù)值計(jì)算）（數(shù)值計(jì)算） 早期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。早期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。目前在航天、汽車、造船和建筑等工目前在航天、汽車、造船和建筑等工程技術(shù)領(lǐng)域中，計(jì)算工作量往往是很程技術(shù)領(lǐng)域中，計(jì)算工作量往往是很大的。借助于計(jì)算機(jī)完成這些復(fù)雜的大的。借助于計(jì)算機(jī)完成這些復(fù)雜的計(jì)算以是必經(jīng)只路。計(jì)算以是必經(jīng)只路。 3. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助制造輔助制造 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱CAD。 計(jì)算機(jī)輔助制造簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī)輔助制造簡(jiǎn)稱CAM。 CAD只利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)自動(dòng)只利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量?；s短設(shè)計(jì)周期

11、，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 利用利用CAM輸出的信息控制生產(chǎn)過(guò)程的輸出的信息控制生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)加工成為自動(dòng)加工成為CAM 4. 過(guò)程控制過(guò)程控制 過(guò)程控制是利用計(jì)算機(jī)檢測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，過(guò)程控制是利用計(jì)算機(jī)檢測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)按一采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)按一定算法調(diào)整生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用以定算法調(diào)整生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用以控制產(chǎn)平的質(zhì)量?？刂飘a(chǎn)平的質(zhì)量。 5. 計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)模擬 計(jì)算機(jī)模擬是指利用計(jì)算機(jī)程序和相計(jì)算機(jī)模擬是指利用計(jì)算機(jī)程序和相應(yīng)的設(shè)備模擬實(shí)際環(huán)境，用于實(shí)驗(yàn)或應(yīng)的設(shè)備模擬實(shí)際環(huán)境，用于實(shí)驗(yàn)或訓(xùn)練。訓(xùn)練。 6. 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI 隨著多媒體隨著多媒體 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)上教學(xué)和遠(yuǎn)程教育以在許多學(xué)校展網(wǎng)上教學(xué)和遠(yuǎn)程教育以在許多學(xué)校展開(kāi)。開(kāi)。我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展 1958年研制出第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī) 1964年研制出第二代晶體管計(jì)算機(jī) 1971年研制出第三代集成電路計(jì)算機(jī) 1977年研制出