計算機組成原理第二

1、2.3 計算機的展望計算機的展望2.2 計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用2.1 計算機的發(fā)展史計算機的發(fā)展史一、計算機的產(chǎn)生和發(fā)展一、計算機的產(chǎn)生和發(fā)展1946年年 美國美國 ENIAC1955年退役年退役十進制運算十進制運算18 0001 500150301 500多個電子管多個電子管多個繼電器多個繼電器千瓦千瓦噸噸平方英尺平方英尺5 000次加法秒次加法秒用手工搬動開關(guān)和拔插電纜來編程用手工搬動開關(guān)和拔插電纜來編程世界上第一臺電子計算機世界上第一臺電子計算機 ENIAC(1946)ENIAC(1946)硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響硬件技術(shù)對計算機更新?lián)Q代的影響 100 000 000 超大規(guī)模超

2、大規(guī)模 集成電路集成電路 1978現(xiàn)在現(xiàn)在 10 000 000 大規(guī)模大規(guī)模 集成電路集成電路 19721977 1 000 000 中小規(guī)模中小規(guī)模 集成電路集成電路 19651971 200 000 晶體管晶體管 19581964 40 000 電子管電子管 19461957 速度（次速度（次/秒）秒） 硬件技術(shù)硬件技術(shù) 時間時間 代代三三四四二二一一第一臺第一臺von Neumann 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機IBM System360 最快的五臺超級計算機最快的五臺超級計算機（截止到（截止到 2003.06）1. .IBM: Seaborg6 080個個 CPU 最大平均速度最

3、大平均速度 7.304 TF (1012)2. .IBM: ASCI White8 192個個 CPU 最大平均速度最大平均速度 7.304 TF (1012)最快的五臺超級計算機最快的五臺超級計算機（截止到（截止到 2003.06）3. .Linux NetworX : MCR Linux Cluster 最快的五臺超級計算機最快的五臺超級計算機（截止到（截止到 2003.06）2 304個個 CPU 最大平均速度最大平均速度 7.634 TF (1012)最快的五臺超級計算機最快的五臺超級計算機（截止到（截止到 2003.06）4. HP : ASCI Q4 096個個 CPU 最大平均速

4、度最大平均速度 13.88 TF (1012)最快的五臺超級計算機最快的五臺超級計算機（截止到（截止到 2003.06）5. .NEC: Earth Simulator5 120個個 CPU 最大平均速度最大平均速度 35.86 TF (1012)l11月6日消息，美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）近日宣布，其開發(fā)的新一代超級計算機其開發(fā)的新一代超級計算機泰坦（泰坦（Titan）運算性能超過）運算性能超過20 PetaFLOPS（Peta，10的的15次方，表示次方，表示千萬億次；千萬億次；FLOPS，每秒浮點運算次，每秒浮點運算次數(shù)）

5、，數(shù)），可望在本月公布的超級計算機TOP500中奪冠。 二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片微處理器芯片存儲器芯片存儲器芯片1971年年 8位位16位位32位位64位位4位（位（4004）1970年年256位位 1K位位16K位位64K位位256K位位1M位位16M位位64M位位4K位位4M位位lI3 是雙核四線程lI5 是雙核四線程，支持睿頻，可以根據(jù)程序大小自動調(diào)頻（部分型號是4核）lI7 是四核四線程，支持睿頻。酷睿i5均支持睿頻加速，酷睿i3均不支持睿頻加速 i7的處理器一般比較貴。l只讀存儲器（ROM） l隨機存儲器（隨機存儲器（RAM ）l高速緩沖存儲器

6、（高速緩沖存儲器（Cache）l即將到來的DDR4時代l閃存（Flash Memory）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息）的存儲器，閃存是電子可擦除只讀存儲器（EEPROM）的變種，閃存與EEPROM不同的是，它能在字節(jié)水平上進行刪除和重寫而不是整個芯片擦寫，這樣閃存就比EEPROM的更新速度快。因為閃存不像RAM（隨機存取存儲器）一樣以字節(jié)為單位改寫數(shù)據(jù)，因此不能取代RAM。 Moore 定律定律Intel 公司的締造者之一公司的締造者之一 Gordon Moore 提出提出微芯片上集成的微芯片上集成的 晶體管數(shù)目每三年翻兩番晶體管數(shù)目每三年翻兩番Intel 公司

7、的典型微處理器產(chǎn)品公司的典型微處理器產(chǎn)品8080 8位位 1974年年8086 16位位 1979年年 2.9 萬萬80286 16位位 1982年年 13.4 萬萬80386 32位位 1985年年 27.5 萬萬80486 32位位 1989年年 120.0 萬萬Pentium 64位（準）位（準） 1993年年 310.0 萬萬Pentium pro 64位（準）位（準） 1995年年 550.0 萬萬Pentium 64位（準）位（準） 1997年年 550.0 萬以上萬以上Pentium 64位（準）位（準） 1999年年 800.0 萬以上萬以上Pentium 64位位 2000年

8、年 4 200.0 萬萬預(yù)計預(yù)計 2007 年年 芯片上可集成芯片上可集成 3 億億 5 千萬千萬 晶體管晶體管 2010 年年 芯片上可集成芯片上可集成 8 億億 晶體管晶體管三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展機器語言機器語言 面向機器面向機器匯編語言匯編語言 面向機器面向機器高級語言高級語言 面向問題面向問題FORTRAN 科學(xué)計算和工程計算科學(xué)計算和工程計算PASCAL 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計C 面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο驤ava 適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 1. 各種語言各種語言2. 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件語言處理程序語言處理程序 匯編程序匯編程序 編譯程序編譯程序 解釋程序解釋程序

9、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) DOS UNIX Windows 服務(wù)性程序服務(wù)性程序 裝配裝配 調(diào)試調(diào)試 診斷診斷 排錯排錯數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理軟件數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理軟件網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件3. 軟件發(fā)展的特點軟件發(fā)展的特點 開發(fā)周期長開發(fā)周期長 制作成本高制作成本高 檢測軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性檢測軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性軟件是程序以及開發(fā)、使用和軟件是程序以及開發(fā)、使用和維護程序所需要的所有文檔維護程序所需要的所有文檔一、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理一、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實時控制二、工業(yè)控制和實時控制三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1. 電子商務(wù)電子商務(wù)2. 網(wǎng)絡(luò)教育網(wǎng)絡(luò)教育3. 敏捷制造

10、敏捷制造四、虛擬現(xiàn)實四、虛擬現(xiàn)實五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)六、六、CAD/CAM/CIMS七、多媒體技術(shù)七、多媒體技術(shù)八、人工智能八、人工智能v量子計算機量子計算機 澳洲新南威爾士大學(xué)布魯斯澳洲新南威爾士大學(xué)布魯斯.卡爾博士提出卡爾博士提出2005年，研制出年，研制出四態(tài)四態(tài)量子邏輯器件量子邏輯器件-硅中植入兩個磷，使原子核周圍波函數(shù)改變形狀和重硅中植入兩個磷，使原子核周圍波函數(shù)改變形狀和重迭，做成新型邏輯器件，具有四態(tài)功能。迭，做成新型邏輯器件，具有四態(tài)功能。2010年年, 研制出全功能量子計算研制出全功能量子計算機。機。vDNA計算機計算機由阿德拉曼博士阿德拉曼博士所創(chuàng)立的（Adleman, 1994）基本的設(shè)想是：以DNA堿基序列堿基序列作為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，在試管內(nèi)控制酶作用下進行DNA序列反應(yīng)，作為實現(xiàn)運算的過程；如將反應(yīng)前的DNA序列作為輸入的數(shù)據(jù)，則反應(yīng)后的DNA序列就是運算的結(jié)果。v生物計算機生