第2章 計算機的發(fā)展及應用

第２章計算機的發(fā)展及應用2.3計算機的展望2.2計算機的應用2.1計算機的發(fā)展史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)在五10000000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第一臺vonNeumann系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機2.1IBMSystem／360

2.12.1最快的五臺超級計算機（截止到2013.06）1.中國天河-2

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2.美國Titan2.1最快的五臺超級計算機（截止到2013.06）2.13.美國Sequoia最快的五臺超級計算機（截止到2013.06）2.1最快的五臺超級計算機（截止到2013.06）4.日本KComputer

2.1最快的五臺超級計算機（截止到2013.06）5.美國Mira2.1最權(quán)威的超級計算機排名的參考網(wǎng)址

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2.1Moore定律Intel公司的締造者之一GordonMoore提出當價格不變時，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個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進步的速度。2.1Intel公司的典型微處理器產(chǎn)品80808位1974年808616位1979年2.9萬個晶體管8028616位1982年13.4萬個晶體管8038632位1985年27.5萬個晶體管8048632位1989年120.0萬個晶體管Pentium64位（準）1993年310.0萬個晶體管PentiumPro64位（準）1995年550.0萬個晶體管PentiumⅡ64位（準）1997年750.0萬個晶體管PentiumⅢ64位（準）1999年950.0萬個晶體管PentiumⅣ64位2000年4200.0萬個晶體管2.1

2007年芯片上可集成3

億

5

千萬

個晶體管預計

2010年芯片上可集成8

億

個晶體管1972年,8008頻率為200Khz，晶體管的總數(shù)已經(jīng)達到了3500個，能處理8比特的數(shù)據(jù)。Inteli7/i5CPU,晶體管數(shù)量：7億,CPU主頻3.0GHz=300KHz*10000針腳數(shù)：1366微處理器發(fā)展的瓶頸1、硅芯片的集成度受物理極限的制約，不可能無止境的提高。目前認為8nm左右是硅芯片極限。Intel已在實驗室達到了14nm。

解決辦法：新材料，例如：石墨烯2、線寬減少帶來的成本問題、功耗問題。

3、CPU的頻率不可能無止境的提高。理論值：7.5GHz嵌入式處理器世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經(jīng)超過1000種。包括：Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等這些處理器被廣泛應用于嵌入式設(shè)備中。例如：手機、可穿戴設(shè)備等絕大部分的嵌入式處理器制造商如三星、Nvidia、Ti、以及高通等都是ARM的客戶，他們都是采用由ARM公司提供的核心架構(gòu)，如ARM9、ARM11、ARMCortexA8/A9等三、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適應網(wǎng)絡環(huán)境1.各種語言2.12.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)絡軟件2.13.軟件發(fā)展的特點⑴開發(fā)周期長⑵制作成本昂貴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2.12012美國市值最大的Top10家公司2014年（截至2月24日）中國市值最大的Top10家公司2.2計算機的應用一、科學計算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實時控制三、網(wǎng)絡技術(shù)1.電子商務2.網(wǎng)絡教育3.敏捷制造4.物聯(lián)網(wǎng)5.智慧城市6.可穿戴設(shè)備四、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2.22.3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、線延遲三、？替代傳統(tǒng)的硅芯片1.光計算機2.DNA生物計算機3.量子計算機利用光子取代電子進行運算和存儲，2008年，Intel在實驗室達到了340GHz通過控制DNA分子間的生化反應利用原子所具有的量子特性2.3DNA計算機有著很多優(yōu)點，比如：1）體積小。其體積之小，可同時容納1萬億個此類計算機于一支試管中。2）存貯量大。1立方米的DNA溶液，可以存貯1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。1立方厘米空間的DNA可儲存的資料量超過1兆片CD容量。3）運算快。其運算速度可以達到每秒10億次，十幾個小時的DNA計算，相當于所有電腦問世以來