計(jì)算機(jī)組成原理唐朔飛PPT 第2章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

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

世界上第一位程序員，是英國(guó)著名詩(shī)人拜倫的女兒愛(ài)達(dá)?拉夫拉斯伯爵夫人。阿蘭.圖靈理論證明計(jì)算機(jī)可行的第一人，圖靈獎(jiǎng)。馮.諾依曼使世界認(rèn)識(shí)了計(jì)算機(jī)的基本概念，將計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)邏輯化、系統(tǒng)化，奠定了計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。正真開(kāi)始研究計(jì)算機(jī)和去實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)。當(dāng)從英國(guó)人查爾斯.巴貝奇開(kāi)始2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1946年美國(guó)ENIAC1955年退役十進(jìn)制運(yùn)算180001500150301500多個(gè)電子管多個(gè)繼電器千瓦噸平方英尺5000次加法／秒用手工搬動(dòng)開(kāi)關(guān)和拔插電纜來(lái)編程世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(1946)2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)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(shí)間

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

2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）1.IBM:Seaborg 6080個(gè)CPU最大平均速度7.304TF(1012)2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史2.IBM:ASCIWhite8192個(gè)CPU最大平均速度7.304TF(1012)最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史3.LinuxNetworX:MCRLinuxCluster

最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）2304個(gè)CPU最大平均速度7.634TF(1012)2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）4.HP:ASCI

Q

4096個(gè)CPU最大平均速度13.88TF(1012)2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史最快的五臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)（截止到2003.06）5.NEC:EarthSimulator 5120個(gè)CPU最大平均速度35.86TF(1012)2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史二、微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器芯片存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的發(fā)展史

摩爾定律：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)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(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)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(lái)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(jì)算能力無(wú)法維持快速的指數(shù)倍增長(zhǎng)。2.1計(jì)算機(jī)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(wàn)8028616位1982年13.4萬(wàn)8038632位1985年27.5萬(wàn)8048632位1989年120.0萬(wàn)Pentium64位（準(zhǔn)）1993年310.0萬(wàn)Pentiumpro64位（準(zhǔn)）1995年550.0萬(wàn)PentiumⅡ64位（準(zhǔn)）1997年550.0萬(wàn)以上PentiumⅢ64位（準(zhǔn)）1999年800.0萬(wàn)以上PentiumⅣ64位2000年4200.0萬(wàn)預(yù)計(jì)2007年芯片上可集成3

億

5

千萬(wàn)

晶體管2010年芯片上可集成8

億晶體管2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的性能，除了提高處理器的性能外，還通過(guò)開(kāi)發(fā)指令集并行來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

微處理器的發(fā)展重點(diǎn)：1、進(jìn)一步提高復(fù)雜度來(lái)提高處理器性能2、通過(guò)線程/進(jìn)程級(jí)并行性的開(kāi)發(fā)提高處理器性能，3、將存儲(chǔ)器集成到處理器芯片內(nèi)來(lái)提高處理器性能4、發(fā)展嵌入式處理器2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

擴(kuò)展：從1964年被公認(rèn)為第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)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(dá)54.9Petaflop/s的天河2號(hào)，40年來(lái)，超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力已經(jīng)有了10個(gè)數(shù)量級(jí)的提升。其中，1985年Cray公司發(fā)布了8個(gè)處理器的1.9Gigaflop/s的Cray-2，是世界上首臺(tái)Giga級(jí)別的超級(jí)計(jì)算機(jī)；1996年年底Intel公司成功研制出1.453Terafolp/s的ASCI-RED，標(biāo)志著超級(jí)計(jì)算機(jī)Tera時(shí)代的到來(lái)；2008

年IBM研制成功“走鵑（RoadRunner）”，宣告人類正式進(jìn)入了千萬(wàn)億次計(jì)算（PetaScale）時(shí)代。從時(shí)間統(tǒng)計(jì)來(lái)看，由Giga到Tera、由Tera到Peta分別用了11年和12年不等的時(shí)間。2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史擴(kuò)展（續(xù)）一般來(lái)說(shuō)CDC6600被認(rèn)為是第一個(gè)成功的超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)達(dá)1M，超過(guò)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(jì)算機(jī)，直到讓渡其繼任者CDC7600。

1946年2月14日，世界上第一臺(tái)電腦ENIAC在美國(guó)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(jì)算器），目的是用來(lái)計(jì)算炮彈彈道。

機(jī)器使用了18800個(gè)真空管，長(zhǎng)50英尺，寬30英尺，占地1500平方英尺，重達(dá)30噸（大約是一間半的教室大，六只大象重）。它的計(jì)算速度快，每秒可從事5000次的加法運(yùn)算，運(yùn)作了九年之久。由於吃電很兇，據(jù)傳ENIAC每次一開(kāi)機(jī)，整個(gè)費(fèi)城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。(耗電量140千瓦)2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史擴(kuò)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(shí)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(jī)器可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)五天，而沒(méi)有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了。由國(guó)防科大研制的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居榜首，成為全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)。10年11月，天河一號(hào)曾以每秒4.7千萬(wàn)億次的峰值速度，首次將五星紅旗插上超級(jí)計(jì)算領(lǐng)域的世界之巔。此次是繼天河一號(hào)之后，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)再次奪冠。2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

擴(kuò)展（續(xù)）

2013年11月18日，國(guó)際TOP500組織公布了最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜榜單，國(guó)防科大研制的“天河二號(hào)”以比第二名—美國(guó)的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美國(guó)專家預(yù)測(cè)，在一年時(shí)間內(nèi)，“天河二號(hào)”還會(huì)是全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

在2014年11月17日公布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中，中國(guó)“天河二號(hào)”以比第二名美國(guó)“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(guó)先后宣布將建造3臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，其計(jì)算速度遠(yuǎn)超“天河二號(hào)”。這些超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)劃于2017年至2018年陸續(xù)建造完成，在那之前，沒(méi)有超級(jí)計(jì)算機(jī)可以挑戰(zhàn)“天河二號(hào)”。三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展機(jī)器語(yǔ)言面向機(jī)器匯編語(yǔ)言面向機(jī)器高級(jí)語(yǔ)言面向問(wèn)題FORTRAN科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算PASCAL結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)C＋＋面向?qū)ο驤ava適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境1.各種語(yǔ)言2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史2.系統(tǒng)軟件語(yǔ)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(cuò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件網(wǎng)絡(luò)軟件2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史3.軟件發(fā)展的特點(diǎn)⑴開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)⑵制作成本高⑶檢測(cè)軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性軟件是程序以及開(kāi)發(fā)、使用和維護(hù)程序所需要的所有文檔2.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史2.2計(jì)算機(jī)的應(yīng)用一、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實(shí)時(shí)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(shí)五、辦公自動(dòng)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(jì)算機(jī)的應(yīng)用2.3計(jì)算機(jī)的展望一、計(jì)算機(jī)具有類似人腦的一些超級(jí)

智能功能要求計(jì)算機(jī)的速度達(dá)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(jí)數(shù)遞增的制作成本芯片的功耗、散熱、線延遲2.3計(jì)