計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用

1、1.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)的特性：（1）速度快（2）存儲(chǔ)容量大（3）通用性好不僅能處理數(shù)字和文字，而且能對(duì)圖像、聲音等多種形式的信息進(jìn)行處理不僅能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，而且能進(jìn)行邏輯運(yùn)算不僅能進(jìn)行運(yùn)算，而且具有信息的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、展現(xiàn)等功能（4）計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)具有互連、互通和互操作的能力過(guò)去的計(jì)算工具隨著生產(chǎn)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，計(jì)算工具的發(fā)展過(guò)程從簡(jiǎn)單到複雜、從低級(jí)到高級(jí)計(jì)算工具相繼出現(xiàn)了如：算盤(pán)計(jì)算尺手搖計(jì)算器電動(dòng)計(jì)算器我國(guó)研制第1顆原子彈時(shí)使用的飛魚(yú)牌手搖計(jì)算機(jī)（新華網(wǎng)圖片） Pascals 加法機(jī)1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家B. Pascal用鐘表元件制造了一種能夠做兩個(gè)十進(jìn)制

2、數(shù)加減法的機(jī)器巴貝奇的分析機(jī)1821年，英國(guó)數(shù)學(xué)家C. Babbage（1791-1871）設(shè)計(jì)了差分機(jī)，這是第一臺(tái)可自動(dòng)進(jìn)行公式演算的多功能機(jī)器，然而，這臺(tái)計(jì)算機(jī)在他有生之年始終未能問(wèn)世 上世紀(jì)30年代的機(jī)械式計(jì)算器電動(dòng)式計(jì)算器（1930）手搖式計(jì)算器 第1臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)誕生1946年美國(guó)賓州大學(xué)研制成功第1臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)-ENIACPhoto: van Pelt Library, U Penn.18 000 電子管,6000 開(kāi)關(guān)占地面積: 150 m2重量: 30 噸功耗: 140 KW運(yùn)算速度: 5000 次/s平均無(wú)故障時(shí)間 7 min外部程序控制3P.4第1代數(shù)字電子計(jì)算機(jī)時(shí)間

3、：約1946-1957使用的元器件：電子管 速度：幾十幾萬(wàn)次/秒 內(nèi)存：磁鼓，千字 外設(shè)：磁帶 機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程美國(guó)于20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的IBM704型電子管計(jì)算機(jī)磁鼓存儲(chǔ)器P.44旋風(fēng)1號(hào)(Whirlwind I) 數(shù)字計(jì)算機(jī)Whirlwind I數(shù)字計(jì)算機(jī)，當(dāng)時(shí)的售價(jià)是1750萬(wàn)美元，美國(guó)國(guó)防部使用 第2代數(shù)字電子計(jì)算機(jī)時(shí)間：約1957-1964使用的元器件：晶體管 速度：幾十萬(wàn)次/秒， 內(nèi)存：磁芯，十萬(wàn)字 外設(shè)：磁盤(pán) 高級(jí)語(yǔ)言編程電子管晶體管第2代計(jì)算機(jī)的內(nèi)存：磁芯存儲(chǔ)器This is a 50 x photograph of magnetic core random acces

4、s memory from a 4 KiB memory plane 上世紀(jì)50年代末 安裝在美國(guó)宇航局的IBM 7090計(jì)算機(jī)290萬(wàn)美元。內(nèi)存容量：128KB；存取周期：2微妙第3代數(shù)字電子計(jì)算機(jī)時(shí)間：約1965-1973使用的元器件：中小規(guī)模集成電路 速度：幾十萬(wàn)次幾百萬(wàn)次/秒 內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 軟件：高級(jí)語(yǔ)言, OS, DBMS第3代計(jì)算機(jī) 1965年IBM推出的System 360大型主機(jī)，被美國(guó)航天局用于首次載人登月任務(wù) 上世紀(jì)60年代的 存儲(chǔ)容量為5MB的硬盤(pán) （27Kg重）第4代數(shù)字電子計(jì)算機(jī)時(shí)間：從1974年起使用的元器件：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（VLSI）速度：幾百萬(wàn)次

5、億次/秒內(nèi)存：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器軟件工程，分布式處理等第14代計(jì)算機(jī)的對(duì)比 代 別年 代使用的元器件使用的軟件類(lèi)型主要應(yīng)用領(lǐng)域第1代20世紀(jì)40年代中期50年代末期CPU：電子管內(nèi)存：磁鼓使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序科學(xué)和工程計(jì)算第2代20世紀(jì)50年代中、后期60年代中期CPU：晶體管內(nèi)存：磁芯使用FORTRAN等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)始廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域第3代20世紀(jì)60年代中期70年代初期CPU：SSI，MSI內(nèi)存：SSI，MSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等開(kāi)始使用在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用第4代20世紀(jì)70年代中期以來(lái)CPU：LSI、VLSI內(nèi)存：LSI、V

6、LSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器軟件開(kāi)發(fā)工具和平臺(tái)、分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)軟件等開(kāi)始廣泛使用深入到各行各業(yè)，家庭和個(gè)人開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)典型題型典型題例從計(jì)算機(jī)采用的主要元器件看，目前使用的Intel 酷睿i7個(gè)人計(jì)算機(jī)是 計(jì)算機(jī)。 A. 第四代B. 智能 C. 巨型 D. 第五代典型題例計(jì)算機(jī)最早的應(yīng)用領(lǐng)域是 _ 。 A. 自動(dòng)控制 B. 數(shù)值計(jì)算 C. 人工智能 D. 辦公自動(dòng)化典型題例人們習(xí)慣于將計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為四代，劃分的主要依據(jù)是_。 A、計(jì)算機(jī)主機(jī)所使用的主要元器件 B、計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度 C、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 D、計(jì)算機(jī)的規(guī)模答案答案答案我國(guó)第1臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)1956年，華羅庚受命籌建中國(guó)科學(xué)院計(jì)算

7、技術(shù)研究所。1958年中國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)103型機(jī)研制成功，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所與北京有線(xiàn)電廠共同研制。字長(zhǎng)31位，內(nèi)存容量為1024字節(jié)，運(yùn)算速度每秒450次。 1958年8月1日該機(jī)可以表演短程序運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生。該機(jī)在738廠開(kāi)始小量生產(chǎn)，改名為103型計(jì)算機(jī)(即DJS-1型)，共生產(chǎn)38臺(tái) 我國(guó)第1臺(tái)大型電子計(jì)算機(jī)1959年4月104機(jī)完成調(diào)試,第一道題目是“五一”節(jié)天氣預(yù)報(bào)，9月交付用戶(hù)使用。無(wú)故障穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間達(dá)到2小時(shí) 該機(jī)有22個(gè)機(jī)柜，占地200平方米。全機(jī)共用4200個(gè)電子管，4000個(gè)晶體二極管。字長(zhǎng)39位，容量4K，每秒運(yùn)算1萬(wàn)次我國(guó)第一顆原子彈1964年10

8、月16日下午3時(shí)，新疆羅布泊上空，我國(guó)第一顆原子彈爆炸成功，成為繼美蘇英法后第五個(gè)擁有核武器的國(guó)家。電子計(jì)算機(jī)是核計(jì)劃的關(guān)鍵工具。高等物理的公式計(jì)算主要依靠人工使用計(jì)算尺和手搖計(jì)算機(jī)，只有非常復(fù)雜的計(jì)算才能用到昂貴的電子計(jì)算機(jī) 前蘇聯(lián)派出大批科學(xué)家，在核武器及電子計(jì)算機(jī)方面提供了技術(shù)支持。我國(guó)的第2代電子計(jì)算機(jī)1964年我國(guó)華北計(jì)算所先后研制成功108乙機(jī)(DJS-6)、121機(jī)(DJS-21)和320機(jī)(DJS-6)，并在738廠等五家工廠生產(chǎn)；哈軍工（國(guó)防科大前身）研制成功441B全晶體管計(jì)算機(jī)，小批量生產(chǎn)了40多臺(tái)。當(dāng)時(shí)我國(guó)研發(fā)出的計(jì)算機(jī)，僅有小批量生產(chǎn)，由國(guó)家分配到各個(gè)科研院所使用。研

9、發(fā)和生產(chǎn)計(jì)算機(jī)的單位，全部是軍工企業(yè)。具備極高的保密措施，每一個(gè)元件，每一張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙都被嚴(yán)格看管 上世紀(jì)70年代 我國(guó)的集成電路計(jì)算機(jī)DJS-180系列超級(jí)小型 計(jì)算機(jī)天津DJS130小型機(jī)參展“1975年廣交會(huì)” 計(jì)算機(jī)的發(fā)展大大超出人們預(yù)料由于集成電路技術(shù)的發(fā)展和微處理器的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)發(fā)展速度之快，大大超出人們的預(yù)料：性能不斷提高體積不斷變小功耗不斷降低價(jià)格越來(lái)越便宜軟件越來(lái)越豐富使用越來(lái)越容易應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越普遍計(jì)算機(jī)數(shù)量不斷增加 上述趨勢(shì)不僅仍在繼續(xù)，且節(jié)奏進(jìn)一步加快 已不再沿用“第x代計(jì)算機(jī)”的說(shuō)法。 正在研究開(kāi)發(fā)智能化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它以知識(shí)處理為核心，可以模擬或部分替代人的智能活動(dòng)，

10、具有自然的人機(jī)通信能力 選講： 未來(lái)可能的新型計(jì)算機(jī)目前計(jì)算機(jī)用的幾乎都是半導(dǎo)體集成電路，但現(xiàn)在人們也在努力研究基于其他材料的計(jì)算機(jī)，如：量子計(jì)算機(jī)：基于量子效應(yīng)開(kāi)發(fā)，利用一種鏈狀分子聚合物的特性來(lái)表示開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來(lái)改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算 光學(xué)計(jì)算機(jī)：以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線(xiàn)互連，光硬件代替計(jì)算機(jī)中的電子硬件，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。 生物計(jì)算機(jī)：蛋白質(zhì)分子與周?chē)锢砘瘜W(xué)介質(zhì)的相互作用過(guò)程。計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由酶來(lái)充當(dāng)，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來(lái)。預(yù)計(jì)1020年后，DNA計(jì)算機(jī)將進(jìn)入實(shí)用階段 這些技術(shù)現(xiàn)在還都不成熟，與實(shí)際應(yīng)

11、用有很大差距，但可以預(yù)計(jì)這些技術(shù)的發(fā)展必將使計(jì)算機(jī)的前景更加美好 選講： 光計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)奧林巴斯光學(xué)工業(yè)公司開(kāi)發(fā)出的生物計(jì)算機(jī) 英國(guó)女王大學(xué)的Anatoly Zayats教授他是光計(jì)算機(jī)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人 計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)（1） 21世紀(jì)的今天，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)對(duì)醫(yī)藥信息學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大而深遠(yuǎn)的影響。因此也應(yīng)運(yùn)而生了醫(yī)學(xué)信息學(xué)、生物信息學(xué)、衛(wèi)生信息學(xué)等相關(guān)醫(yī)學(xué)與計(jì)算機(jī)結(jié)合的專(zhuān)業(yè)的建立與發(fā)展。計(jì)算機(jī)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。在輔助診斷、輔助操作、治療、教學(xué)科研、遠(yuǎn)程醫(yī)療、區(qū)域醫(yī)療、醫(yī)學(xué)影像診療、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、新藥開(kāi)發(fā)、醫(yī)學(xué)情報(bào)、電子病歷、健康檔案、循證醫(yī)學(xué)、數(shù)

12、字人體三維重構(gòu)等方面計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)都發(fā)揮著舉足輕重的作用。數(shù)字化的診療設(shè)備，計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的醫(yī)療信息處理方式，數(shù)字化醫(yī)院，都必須以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為強(qiáng)大的支撐力量，在醫(yī)學(xué)專(zhuān)家、計(jì)算機(jī)專(zhuān)家、信息學(xué)專(zhuān)家等科學(xué)工作者的刻苦鉆研下，在以上這些應(yīng)用領(lǐng)域，我們已經(jīng)取得了世人矚目的成果和進(jìn)展。 計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)（2）計(jì)算機(jī)在生物醫(yī)學(xué)工程、分子生物學(xué)、基因治療、遺傳和發(fā)育、基因克隆等方面發(fā)揮著巨大的作用。1988年由美國(guó)倡導(dǎo)的國(guó)際性的“人類(lèi)基因組計(jì)劃”是20世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域研究的重大舉措。該計(jì)劃預(yù)計(jì)在15年內(nèi)投資30億美元，目的在于繪制出人類(lèi)基因圖譜，闡明人類(lèi)染色體上所有基因，從而期待從基因的水平來(lái)更加深入的了解生命個(gè)體，闡明疾病的發(fā)病機(jī)制，更加有效的預(yù)防和控制疾病。從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度來(lái)講，人類(lèi)基因總數(shù)約在5萬(wàn)-10萬(wàn)左右，而每個(gè)基因又由獨(dú)特的堿基組成，如此龐大的工程和數(shù)據(jù)，我們必須借助計(jì)算機(jī)才能有效的整理、收集、存儲(chǔ)、處理、加工、比較、分析并隨時(shí)調(diào)出。美國(guó)的約翰斯霍普金斯大學(xué)建立了一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)存儲(chǔ)全世界基因研究成果。在“人類(lèi)基因組計(jì)劃中”，計(jì)算機(jī)發(fā)揮的不僅僅是存儲(chǔ)和記憶功能，更發(fā)揮了研究對(duì)比、統(tǒng)籌管理、智能分析的功能。綜上所述，計(jì)算機(jī)技術(shù)與生命科學(xué)的結(jié)合必將隨著科學(xué)的進(jìn)步而碩果累累，這些成果必將給人類(lèi)健康事業(yè)帶來(lái)巨大的改變。