計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第一章

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)——

計(jì)算機(jī)概述

教師：王曉一章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1計(jì)算機(jī)概述1.2基于計(jì)算機(jī)的信息表示1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5多媒體技術(shù)基礎(chǔ)1.6本章小結(jié)課程內(nèi)容簡介1、計(jì)算機(jī)定義2、計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)3、第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)4、計(jì)算機(jī)發(fā)展5、計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢6、計(jì)算機(jī)分類7、計(jì)算機(jī)特點(diǎn)8、計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域9、中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史10、計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)1、計(jì)算機(jī)定義

電子計(jì)算機(jī)是一種能夠快速、高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行信息處理的數(shù)字化電子設(shè)備。它能按照人們事先編寫好的程序自動(dòng)地將信息進(jìn)行加工和處理，并能輸出人們需要的結(jié)果。

2、計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)

3、第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)于1946年2月誕生，它的名字叫ENIAC，（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）是美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院研制成功的。

3、第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

3、第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC的基本情況占地面積170平方米；用了大約18000只電子管，1500個(gè)繼電器，70000只電阻，l8000只電容；耗資近49萬美元；重30噸。運(yùn)算速度為每秒5000次加法。耗電量驚人，功率為l50千瓦，常常因?yàn)殡娮庸軣龎亩枰C(jī)檢修。存儲(chǔ)容量小，至多只能存20個(gè)字長為l0位的十進(jìn)制數(shù)。與后來的存儲(chǔ)程序型的計(jì)算機(jī)不同，它的程序是外插型的，使用很不方便。4、計(jì)算機(jī)的發(fā)展第一代計(jì)算機(jī)第二代計(jì)算機(jī)第三代計(jì)算機(jī)第四代計(jì)算機(jī)4、計(jì)算機(jī)的發(fā)展以電子元器件更新為標(biāo)志進(jìn)行劃分四代計(jì)算機(jī)起迄年份物理器件主存儲(chǔ)器軟件應(yīng)用范圍第一代1946～1957電子管磁芯、磁鼓匯編語言科學(xué)計(jì)算第二代1958～1964晶體管磁芯、磁帶程序設(shè)計(jì)語言管理程序科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理第三代1965～1970中、小規(guī)模集成電路磁芯、磁盤操作系統(tǒng)高級(jí)語言逐步廣泛應(yīng)用第四代1971～超大、大規(guī)模集成電路半導(dǎo)體、磁盤數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)軟件普及到社會(huì)生活各方面4.1第一代計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)

用電子管代替機(jī)械齒輪和繼電器作為基本元器件，運(yùn)算速度一般為每秒幾千次至幾萬次。采用二進(jìn)制形式，程序設(shè)計(jì)語言為機(jī)器語言。程序可以存儲(chǔ)，使用水銀延遲線、靜電存儲(chǔ)管、磁鼓、磁芯等作為存儲(chǔ)器。輸入輸出裝置主要用穿孔卡片，速度很慢。4.1第一代計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域主要用于科學(xué)計(jì)算。代表機(jī)型IBM公司的IBM700系列。4.2第二代計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)

用晶體管代替了電子管。采用磁芯存儲(chǔ)器作主存，采用磁盤與磁帶作輔存。出現(xiàn)了匯編語言和高級(jí)語言；出現(xiàn)了監(jiān)控程序。作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的許多新技術(shù)相繼出現(xiàn)。出現(xiàn)了超級(jí)計(jì)算機(jī)。4.2第二代計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域

科學(xué)計(jì)算：數(shù)據(jù)量不大，運(yùn)算強(qiáng)度大。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)量大，運(yùn)算強(qiáng)度不大。實(shí)時(shí)控制：及時(shí)性要求高。代表機(jī)型IBM7000系列。

4.3第三代計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)

用集成電路取代了晶體管。用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器淘汰了磁芯存儲(chǔ)器。走向了系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。操作系統(tǒng)有了很大發(fā)展。出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計(jì)方法。出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)。

4.3第三代計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展。代表機(jī)型IBM360系統(tǒng)。

4.4第四代計(jì)算機(jī)主要特點(diǎn)

用微處理器或超大規(guī)模集成電路取代了普通集成電路。存儲(chǔ)容量進(jìn)一步擴(kuò)大。輸入采用了光學(xué)字符識(shí)別和條形碼等技術(shù)。高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言得到廣泛使用。微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了千家萬戶?；ヂ?lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用，形成所謂的地球村。巨型計(jì)算機(jī)也得到快速發(fā)展。

4.4第四代計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域幾乎覆蓋到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。代表機(jī)型美國IBM的“紅杉（Sequoia）”、我國國防科大的“天河二號(hào)”。

IBM4300系列、3080系列、3090系列

eServerz900系列、eServerz990系列聯(lián)想、惠普、戴爾的微機(jī)/筆記本。蘋果的iPad。5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢巨型化網(wǎng)絡(luò)化微型化智能化5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢巨型化功能特別強(qiáng)大，用于解決一些特別復(fù)雜的攻關(guān)難題，如國防安全、中長期天氣預(yù)報(bào)、地質(zhì)勘探等。微型化在保持計(jì)算機(jī)功能的前提下，使其體積越來越小。臺(tái)式機(jī)、筆記本、平板電腦、嵌入式計(jì)算機(jī)等。5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，才能真正做到即時(shí)通信、資源共享、協(xié)同工作，計(jì)算機(jī)才能發(fā)揮更大的作用，給人們的的日常工作和生活帶來更大的便利。5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢智能化計(jì)算機(jī)處理過程化的計(jì)算工作及事務(wù)處理工作已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，是人力望塵莫及的。但在智能性工作方面，計(jì)算機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人腦。如何讓計(jì)算機(jī)具有人腦的智能，模擬人的推理、聯(lián)想、思維等功能，是一個(gè)重要發(fā)展方向。6計(jì)算機(jī)的分類超級(jí)計(jì)算機(jī)體積最大、速度最快、功能最強(qiáng)、價(jià)格也最高。主要為國家安全、空間技術(shù)、天氣預(yù)報(bào)、石油勘探、生命科學(xué)等領(lǐng)域的高強(qiáng)度計(jì)算服務(wù)。IBM的Roadrunner、我國的“天和二號(hào)”都屬于超級(jí)計(jì)算機(jī)。大型計(jì)算機(jī)高性能大容量的通用計(jì)算機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu)和批量生產(chǎn)。在銀行、稅務(wù)、大型企業(yè)、大型工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。IBMeServerz900、eServerz990、zEnterpriseEC12等是典型代表。6計(jì)算機(jī)的分類小型計(jì)算機(jī)介于微型計(jì)算機(jī)和大型計(jì)算機(jī)之間的一種計(jì)算機(jī)。PDP系列、VAX-11系列等是代表。被高性能微機(jī)取代。工作站配備有大屏幕顯示器、大容量存儲(chǔ)器和圖形加速卡的微型計(jì)算機(jī)。被高性能微機(jī)取代。6計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)平板電腦單片機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)為客戶端計(jì)算機(jī)提供各種服務(wù)的高性能計(jì)算機(jī)。強(qiáng)調(diào)高速的運(yùn)算能力、長時(shí)間的可靠運(yùn)行、強(qiáng)大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力。6計(jì)算機(jī)的分類7計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)算速度快世界上最快計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已達(dá)到5.49億億次每秒（我國的“天河二號(hào)”）。運(yùn)算精度高我國古代著名數(shù)學(xué)家祖沖之計(jì)算出圓周率π的值在3.1415926～3.1415927之間，這比西方早了一千多年。英國數(shù)學(xué)家威廉·尚克斯整整花了15年的時(shí)間，才把圓周率π的值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后707位。計(jì)算機(jī)用73小時(shí)將圓周率計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后25769億位。7計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)存儲(chǔ)容量大如果按純文本方式存儲(chǔ)，1TB的硬盤可以存儲(chǔ)16萬冊(cè)300萬字的大部頭書籍?？煽康倪壿嬇袛嗄芰τ?jì)算機(jī)和人下棋/機(jī)器人足球比賽?？煽啃愿吆屯ㄓ眯詮?qiáng)8計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算大型工程設(shè)計(jì)、航空航天、石油勘探、核能利用、地震預(yù)報(bào)與監(jiān)測和天氣預(yù)報(bào)等。信息處理各種信息管理系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。過程控制火星探測器、宇宙飛船、汽車自動(dòng)裝配、數(shù)控機(jī)床、無人偵察機(jī)、導(dǎo)彈的巡航飛行等都需要計(jì)算機(jī)控制。

8計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、計(jì)算機(jī)輔助軟件工程（CASE）、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）。計(jì)算機(jī)輔助管理（CMI）人工智能IBM公司研制的深藍(lán)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1997年5月，以2勝1負(fù)3平的成績戰(zhàn)勝1985年以來一直占據(jù)世界冠軍寶座的卡斯帕羅夫。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用截至2013年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到6.18億人，居世界第一。網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于人們的工作、生活和休閑娛樂中。9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史1956年8月，成立了以著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授為主任的中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所籌備委員會(huì)。1958年8月1日，我國第一臺(tái)通用小型計(jì)算機(jī)—103機(jī)研制成功，仿制前蘇聯(lián)的M-3小型機(jī)。1959年10月1日，我國第一臺(tái)大型通用計(jì)算機(jī)—104機(jī)研制成功，仿制前蘇聯(lián)的BЭCM大型機(jī)。1960年，我國第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)—107機(jī)研制成功，運(yùn)算速度為250次每秒。1964年，我國第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的大型通用計(jì)算機(jī)—119機(jī)研制成功，浮點(diǎn)運(yùn)算速度為5萬次每秒。9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史1965年4月，我國第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的晶體管計(jì)算機(jī)441-B通過國家鑒定，運(yùn)算速度為1.2萬次每秒浮點(diǎn)運(yùn)算。1967年9月，大型通用晶體管計(jì)算機(jī)109丙研制成功，浮點(diǎn)運(yùn)算速度為11.5萬次每秒（功勛計(jì)算機(jī)）。1972年正式交付使用的111計(jì)算機(jī)，采用小規(guī)模集成電路。1973年8月，集成電路計(jì)算機(jī)150機(jī)研制成功。1985年，研制成功與IBMPC機(jī)兼容的長城0520CH微機(jī)。1983年11月，研制成功我國第一臺(tái)大型向量機(jī)-757機(jī)。9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史1983年11月，運(yùn)算速度為1億次每秒的向量巨型計(jì)算機(jī)銀河-Ⅰ在國防科技大學(xué)研制成功。1992年11月，研制成功10億次每秒的銀河-Ⅱ。1997年6月，研制成功130億次每秒的銀河-Ⅲ。9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史1993年10月，中科院計(jì)算所研制成功曙光一號(hào)計(jì)算機(jī)。1995年以后，研制成功曙光1000/2000/3000/4000A。2008年6月，超級(jí)計(jì)算機(jī)曙光5000A研制成功，使用了6600顆AMD巴塞羅那型4核處理器，峰值運(yùn)算速度達(dá)到每秒230萬億次，世界高性能計(jì)算機(jī)排名第十（2008年11月）。9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史2002年9月，我國首枚具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能通用CPU芯片—龍芯1號(hào)通過鑒定。2006年9月，增強(qiáng)型龍芯2號(hào)—龍芯2E通過鑒定，主頻最高達(dá)到1GHz，定點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)到每秒20億次。2007年7月，性能更優(yōu)的龍芯2F流片成功。2009年9月，4核CPU龍芯3A流片成功。2012年10月，8核CPU龍芯3B1500流片成功9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史2010年8月，國防科技大學(xué)研制成功的“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)（二期系統(tǒng)），峰值運(yùn)算速度達(dá)到4.7千萬億次每秒。在2010年11月公布的國際500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜中，“天河一號(hào)”名列第一。2013年5月，國防科技大學(xué)研制成功的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，峰值運(yùn)算速度達(dá)到5.49億億次每秒。在2013年6月和2013年11月公布的國際500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜中，“天河二號(hào)”均名列第一。9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)包含16000個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，每節(jié)點(diǎn)配備2顆IntelXeonE512核心的CPU、3個(gè)IntelXeonPhi57核心的運(yùn)算協(xié)處理器。共計(jì)包含32000顆XeonE5主處理器和48000個(gè)XeonPhi協(xié)處理器，共312萬個(gè)運(yùn)算核心。峰值運(yùn)算速度為5.49億億次每秒，持續(xù)運(yùn)算速度達(dá)到3.39億億次每秒?！疤旌佣?hào)”每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有64GB內(nèi)存，而每個(gè)XeonPhi協(xié)處理器板載8GB內(nèi)存，每節(jié)點(diǎn)共88GB內(nèi)存，整臺(tái)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存總計(jì)為1.408PB（1408萬億字節(jié)）。外存為12.4PB（12400萬億字節(jié)）容量的硬盤陣列。配置的操作系統(tǒng)為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)。9中國計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史“天河二號(hào)”由170個(gè)機(jī)柜組成，包括125個(gè)計(jì)算機(jī)柜、8個(gè)服務(wù)機(jī)柜、13個(gè)通信機(jī)柜和24個(gè)存儲(chǔ)機(jī)柜，占地720平方米。每個(gè)計(jì)算機(jī)柜容納