計算機組成原理唐朔飛PPT 第2章 計算機的發(fā)展及應(yīng)用

第二章計算機的發(fā)展及應(yīng)用2.3計算機的展望2.2計算機的應(yīng)用2.1計算機的發(fā)展史不是一個科學(xué)發(fā)現(xiàn)，而是一個科學(xué)與工程結(jié)合的系統(tǒng)工程，是無數(shù)人共同努力的成果。從計算器到計算機（一字之差，天壤之別）

世界上第一位程序員，是英國著名詩人拜倫的女兒愛達?拉夫拉斯伯爵夫人。阿蘭.圖靈理論證明計算機可行的第一人，圖靈獎。馮.諾依曼使世界認(rèn)識了計算機的基本概念，將計算機的結(jié)構(gòu)邏輯化、系統(tǒng)化，奠定了計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。正真開始研究計算機和去實現(xiàn)計算機。當(dāng)從英國人查爾斯.巴貝奇開始2.1計算機的發(fā)展史一、計算機的產(chǎn)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(guān)和拔插電纜來編程世界上第一臺電子計算機ENIAC(1946)2.1計算機的發(fā)展史硬件技術(shù)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)

時間

代三四二一2.1計算機的發(fā)展史第一臺vonNeumann系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機2.1計算機的發(fā)展史IBMSystem／360

2.1計算機的發(fā)展史最快的五臺超級計算機（截止到2003.06）1.IBM:Seaborg 6080個CPU最大平均速度7.304TF(1012)2.1計算機的發(fā)展史2.IBM:ASCIWhite8192個CPU最大平均速度7.304TF(1012)最快的五臺超級計算機（截止到2003.06）2.1計算機的發(fā)展史3.LinuxNetworX:MCRLinuxCluster

最快的五臺超級計算機（截止到2003.06）2304個CPU最大平均速度7.634TF(1012)2.1計算機的發(fā)展史最快的五臺超級計算機（截止到2003.06）4.HP:ASCI

Q

4096個CPU最大平均速度13.88TF(1012)2.1計算機的發(fā)展史最快的五臺超級計算機（截止到2003.06）5.NEC:EarthSimulator 5120個CPU最大平均速度35.86TF(1012)2.1計算機的發(fā)展史二、微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片存儲器芯片1971年8位16位32位64位4位（4004）1970年256位1K位16K位64K位256K位1M位16M位64M位4K位4M位2.1計算機的發(fā)展史Moore定律Intel公司的締造者之一GordonMoore提出微芯片上集成的晶體管數(shù)目每三年翻兩番2.1計算機的發(fā)展史

摩爾定律：當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進步的速度。摩爾定律在發(fā)現(xiàn)后的40多年里產(chǎn)生了巨大影響，但隨著3D芯片等技術(shù)的耗盡，美物理學(xué)家加來道雄稱該定律將在10年內(nèi)崩潰,單靠標(biāo)準(zhǔn)的硅材料技術(shù)，計算能力無法維持快速的指數(shù)倍增長。2.1計算機的發(fā)展史Intel公司的典型微處理器產(chǎn)品80808位1974年8086/808816位1978年/1979年2.9萬8028616位1982年13.4萬8038632位1985年27.5萬8048632位1989年120.0萬Pentium64位（準(zhǔn)）1993年310.0萬Pentiumpro64位（準(zhǔn)）1995年550.0萬PentiumⅡ64位（準(zhǔn)）1997年550.0萬以上PentiumⅢ64位（準(zhǔn)）1999年800.0萬以上PentiumⅣ64位2000年4200.0萬預(yù)計2007年芯片上可集成3

億

5

千萬

晶體管2010年芯片上可集成8

億晶體管2.1計算機的發(fā)展史微型計算機的發(fā)展很大程度上取決于微處理器的發(fā)展，而微處理器的發(fā)展又依賴于芯片集成度和處理器主頻的提高。集成度的提高功耗持續(xù)上升，功耗和散熱成為當(dāng)務(wù)之急。為了提高計算機的性能，除了提高處理器的性能外，還通過開發(fā)指令集并行來實現(xiàn)。2.1計算機的發(fā)展史

微處理器的發(fā)展重點：1、進一步提高復(fù)雜度來提高處理器性能2、通過線程/進程級并行性的開發(fā)提高處理器性能，3、將存儲器集成到處理器芯片內(nèi)來提高處理器性能4、發(fā)展嵌入式處理器2.1計算機的發(fā)展史2.1計算機的發(fā)展史

擴展：從1964年被公認(rèn)為第一臺超級計算機CDC6600的誕生，一直到在最新一期TOP500排行榜占據(jù)首位、理論峰值達54.9Petaflop/s的天河2號，40年來，超級計算機的計算能力已經(jīng)有了10個數(shù)量級的提升。其中，1985年Cray公司發(fā)布了8個處理器的1.9Gigaflop/s的Cray-2，是世界上首臺Giga級別的超級計算機；1996年年底Intel公司成功研制出1.453Terafolp/s的ASCI-RED，標(biāo)志著超級計算機Tera時代的到來；2008

年IBM研制成功“走鵑（RoadRunner）”，宣告人類正式進入了千萬億次計算（PetaScale）時代。從時間統(tǒng)計來看，由Giga到Tera、由Tera到Peta分別用了11年和12年不等的時間。2.1計算機的發(fā)展史擴展（續(xù)）一般來說CDC6600被認(rèn)為是第一個成功的超級計算機，每秒浮點運算次數(shù)達1M，超過之前最快的IBM7030約三倍。它從1964年到1969年一直保持世界最快的計算機，直到讓渡其繼任者CDC7600。

1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生。以真空管取代繼電器的“電子化”電腦--ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator），電子數(shù)字積分器與計算器），目的是用來計算炮彈彈道。

機器使用了18800個真空管，長50英尺，寬30英尺，占地1500平方英尺，重達30噸（大約是一間半的教室大，六只大象重）。它的計算速度快，每秒可從事5000次的加法運算，運作了九年之久。由於吃電很兇，據(jù)傳ENIAC每次一開機，整個費城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。(耗電量140千瓦)2.1計算機的發(fā)展史擴展（續(xù)）

另外，真空管的損耗率相當(dāng)高，幾乎每15分鐘就可能燒掉一支真空管，操作人員須花15分鐘以上的時間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調(diào)侃道：「只要那部機器可以連續(xù)運轉(zhuǎn)五天，而沒有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了。由國防科大研制的天河二號超級計算機系統(tǒng)，以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優(yōu)異性能位居榜首，成為全球最快超級計算機。10年11月，天河一號曾以每秒4.7千萬億次的峰值速度，首次將五星紅旗插上超級計算領(lǐng)域的世界之巔。此次是繼天河一號之后，中國超級計算機再次奪冠。2.1計算機的發(fā)展史

擴展（續(xù)）

2013年11月18日，國際TOP500組織公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單，國防科大研制的“天河二號”以比第二名—美國的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美國專家預(yù)測，在一年時間內(nèi)，“天河二號”還會是全球最快的超級計算機。

在2014年11月17日公布的全球超級計算機500強榜單中，中國“天河二號”以比第二名美國“泰坦”快近一倍的速度連續(xù)第四次獲得冠軍。

為奪回領(lǐng)先地位，美國先后宣布將建造3臺超級計算機，其計算速度遠(yuǎn)超“天河二號”。這些超級計算機計劃于2017年至2018年陸續(xù)建造完成，在那之前，沒有超級計算機可以挑戰(zhàn)“天河二號”。三、軟件技術(shù)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(xué)計算和工程計算PASCAL結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計C＋＋面向?qū)ο驤ava適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境1.各種語言2.1計算機的發(fā)展史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)

DOSUNIXWindows

服務(wù)性程序

裝配調(diào)試診斷排錯數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理軟件網(wǎng)絡(luò)軟件2.1計算機的發(fā)展史3.軟件發(fā)展的特點⑴開發(fā)周期長⑵制作成本高⑶檢測軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性軟件是程序以及開發(fā)、使用和維護程序所需要的所有文檔2.1計算機的發(fā)展史2.2計算機的應(yīng)用一、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實時控制三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.電子商務(wù)2.網(wǎng)絡(luò)教育3.敏捷制造四、虛擬現(xiàn)實五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)六、CAD/CAM/CIMS七、多媒體技術(shù)八、人工智能2.2計算機的應(yīng)用2.3計算機的展望一、計算機具有類似人腦的一些超級

智能功能要求計算機的速度達1015/秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制芯片集成度受物理極限的制約按幾何級數(shù)遞增的制作成本芯片的功耗、散熱、線延遲2.3計