计算机的发展历程
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制中的“1”，而八卦中的“--”叫做阴爻， 相当于二进制中的“0”。
① 二进制数的位：八卦中的“一”叫做阳爻，相当于二进
② 十进制计数系统：
马克思在他的《数学手稿》一书中称 十进位记数法为"最妙的发明之一"
③ 筹算：利用算筹作为运算工具； ④ 珠算：以算盘作为工具，在元代已广泛使用。
◆
我国一、二、三代机的推出比世界上一、二、 三代机晚了整整一代，但这是自力更生研制出 来的。 国防科技大学先后于1983年和1992年研制成 巨型机系统银河Ⅰ和Ⅱ，运算速度都超过亿 次。均配有操作系统、高级语言编译程序等 系统软件。
三、第三代计算机（60年
代中到70年代中）
小规模集成电路
中/小规模 集成电路 (1950’s)
逻辑元件与存储器均由集成电路实现；
硬件上，微程序控制、高速缓存、虚拟存储器、流
水线等先进计算机技术开始使用；
出现操作系统，它具有资源调度、人/机通信和输
入输出控制等功能；
另一大特点是大型/巨型机与小型机同时发展。
每 18个月，集成度将翻一翻，速度将提 高 一 倍 ， 其 价 格 将 降 低 一 半 (Gordon
E.Moore,1965年)
进一步提高集成度的问题与出路
问题：
线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流 微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其 物理极限而无法正常工作.
出路：
代表人物：英国科学家艾兰· 图灵和美籍匈牙利科学
家冯· 诺依曼。
冯· 诺依曼计算机模型。
1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出 五个部件组成；
2）存储器以二进制形式存储指令和数据；
3）存储程序工作方式；
4）五部件以运算器为中心进行组织。
冯· 诺依曼计算机组成
数 据 地 址
运算器
输入
计算机的发展历程 一、电子计算机的诞生
◆
第一台电子计算ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于1946年在美国诞生。
① 每秒5000次加法运算；
② 每秒50次乘法运算； ③ 平方和立方计算； ④ Sin和Cos函数数值运算； ⑤ 其它更复杂的计算。
存储器
指 令 地 址
控制器
输出
图1 . 2 计算 机基 本组 成
晶体管 (1948)
二、第二代计算机（50年代中后期到60
年代中）
逻辑元件采用晶体管，其内存储器由磁芯构成，磁
鼓与磁带成为外存储器。
逻辑结构实现了浮点运算，并提出了变址、中断、
I/O处理等新概念。出现了多种高级语言及其编译 程序。
◆
◆
1995年5月，中科院计算所国家智能计算机研究 中心研制的“曙光1000”大规模并行处理机诞生。 该机峰值速度可达每秒25亿次单精度浮点运算， 内存容量为1000MB，结点机间总通信容量为每 秒4800MB。 21世纪初，“曙光3000超级服务器”问世。由 70台节点计算机组成，280个处理器，峰值浮点 运算速度达每秒4032亿次，内存容量160GB。
神经元、生物芯片、分子电子器件、超导计算机、
日本第五代计算机系统研究计划（1982-1992年），
确立并行推理将是未来信息处理的核心。
计算机的发展历程:小结
1946年研制成功第1台数字电子计算机 60多年来发展速度之快大大超出人们的预料：
性能、体积、价格、· · ·
应用领域和装机数量 软件技术和软件产品
使用的元器件
应用模式：
第1代：电子管＋磁鼓 第2代：晶体管＋磁芯
集中计算模式 分散计算模式 网络计算模式 普适计算模式（？）
第3代：中、小规模集成电路
第4代：大、超大规模集成电路
问题：60多年来没变的是什么？
组成和基本工作原理类似
六、我国计算机的发展
◆
中国古代对计算机理论与计算工具方面曾作出过 杰出贡献
◆
中国“超级电脑”诞生 运算速度230万亿次/秒 2008-08-29 我国自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光 5000”近日研制成功。这标志着中国成为继美国之 后第二个能制造和应用超百万亿次商用高性能计 算机的国家。 据介绍，“曙光5000”是面向网络的高性能计算 机，同时也是面向信息服务的超级服务器。它的系 统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运算。除 了超强计算能力，它还拥有全自主、超高密度、超 高性价比、超低功耗以及超广泛应用等特点。
四、第四代计算机（70年代
中期开始—）
超大规模集成电路
◆
大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路及微处 理器为这一代计算机的典型特征。
并行处理技术 计算机网络的发展与广泛应用。
超标量技术:
超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令
•嵌入式系统
IC集成度提高的规律
Moore 定律： 由于硅技术的不断改进，
Байду номын сангаас
我国天河一号成为全球最快超级计算机 http://www.sina.com.cn 2010年11月15日03:25 新华网 新华网华盛顿11月14日电(记者 任海军 毛磊) 国际 TOP500组织14日在网站上公布了最新全球超级计算机前500强 排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄 居第一。 “天河一号”由国防科学技术大学研制，部署在国家超级 计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次。 美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”超级计算机此前排 名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。“美洲虎”的实测 运算速度可达每秒1750万亿次。 排名第三的是中国曙光公司研制的“星云”高性能计算 机，其实测运算速度达到每秒1270万亿次。 TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。从1993年 起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构， 国际TOP500组织以计算机实测速度(Linpack测试值)为基准， 每年两次发布世界上最快的500台超级计算机排名。14日公布 的是第36版排行榜。 德国专家：天河一号要保持第一就要继续提高性能 天河一号运算速度是第二名1.4倍
在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和
效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的 量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机 同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研 制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成.
五、新一代计算机
◆
新器件和非冯· 诺依曼结构已成为新一代计算机的 公认标志。 量子计算机。
第1台数字电子计算机
1946年ENIAC计算机公布
ENIAC（电子数字积分机与计算机）：
• • • •
研制单位：美国宾夕法尼亚大学 用 途： 军事计算 运算速度：5000次/秒 体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元
其逻辑元件采用电子管，存储器件为磁鼓，典型逻辑
结构为定点运算；用低级语言编程，无操作系统。
① 二进制数的位：八卦中的“一”叫做阳爻，相当于二进
② 十进制计数系统：
马克思在他的《数学手稿》一书中称 十进位记数法为"最妙的发明之一"
③ 筹算：利用算筹作为运算工具； ④ 珠算：以算盘作为工具，在元代已广泛使用。
◆
我国一、二、三代机的推出比世界上一、二、 三代机晚了整整一代，但这是自力更生研制出 来的。 国防科技大学先后于1983年和1992年研制成 巨型机系统银河Ⅰ和Ⅱ，运算速度都超过亿 次。均配有操作系统、高级语言编译程序等 系统软件。
三、第三代计算机（60年
代中到70年代中）
小规模集成电路
中/小规模 集成电路 (1950’s)
逻辑元件与存储器均由集成电路实现；
硬件上，微程序控制、高速缓存、虚拟存储器、流
水线等先进计算机技术开始使用；
出现操作系统，它具有资源调度、人/机通信和输
入输出控制等功能；
另一大特点是大型/巨型机与小型机同时发展。
每 18个月，集成度将翻一翻，速度将提 高 一 倍 ， 其 价 格 将 降 低 一 半 (Gordon
E.Moore,1965年)
进一步提高集成度的问题与出路
问题：
线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流 微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其 物理极限而无法正常工作.
出路：
代表人物：英国科学家艾兰· 图灵和美籍匈牙利科学
家冯· 诺依曼。
冯· 诺依曼计算机模型。
1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出 五个部件组成；
2）存储器以二进制形式存储指令和数据；
3）存储程序工作方式；
4）五部件以运算器为中心进行组织。
冯· 诺依曼计算机组成
数 据 地 址
运算器
输入
计算机的发展历程 一、电子计算机的诞生
◆
第一台电子计算ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于1946年在美国诞生。
① 每秒5000次加法运算；
② 每秒50次乘法运算； ③ 平方和立方计算； ④ Sin和Cos函数数值运算； ⑤ 其它更复杂的计算。
存储器
指 令 地 址
控制器
输出
图1 . 2 计算 机基 本组 成
晶体管 (1948)
二、第二代计算机（50年代中后期到60
年代中）
逻辑元件采用晶体管，其内存储器由磁芯构成，磁
鼓与磁带成为外存储器。
逻辑结构实现了浮点运算，并提出了变址、中断、
I/O处理等新概念。出现了多种高级语言及其编译 程序。
◆
◆
1995年5月，中科院计算所国家智能计算机研究 中心研制的“曙光1000”大规模并行处理机诞生。 该机峰值速度可达每秒25亿次单精度浮点运算， 内存容量为1000MB，结点机间总通信容量为每 秒4800MB。 21世纪初，“曙光3000超级服务器”问世。由 70台节点计算机组成，280个处理器，峰值浮点 运算速度达每秒4032亿次，内存容量160GB。
神经元、生物芯片、分子电子器件、超导计算机、
日本第五代计算机系统研究计划（1982-1992年），
确立并行推理将是未来信息处理的核心。
计算机的发展历程:小结
1946年研制成功第1台数字电子计算机 60多年来发展速度之快大大超出人们的预料：
性能、体积、价格、· · ·
应用领域和装机数量 软件技术和软件产品
使用的元器件
应用模式：
第1代：电子管＋磁鼓 第2代：晶体管＋磁芯
集中计算模式 分散计算模式 网络计算模式 普适计算模式（？）
第3代：中、小规模集成电路
第4代：大、超大规模集成电路
问题：60多年来没变的是什么？
组成和基本工作原理类似
六、我国计算机的发展
◆
中国古代对计算机理论与计算工具方面曾作出过 杰出贡献
◆
中国“超级电脑”诞生 运算速度230万亿次/秒 2008-08-29 我国自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光 5000”近日研制成功。这标志着中国成为继美国之 后第二个能制造和应用超百万亿次商用高性能计 算机的国家。 据介绍，“曙光5000”是面向网络的高性能计算 机，同时也是面向信息服务的超级服务器。它的系 统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运算。除 了超强计算能力，它还拥有全自主、超高密度、超 高性价比、超低功耗以及超广泛应用等特点。
四、第四代计算机（70年代
中期开始—）
超大规模集成电路
◆
大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路及微处 理器为这一代计算机的典型特征。
并行处理技术 计算机网络的发展与广泛应用。
超标量技术:
超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令
•嵌入式系统
IC集成度提高的规律
Moore 定律： 由于硅技术的不断改进，
Байду номын сангаас
我国天河一号成为全球最快超级计算机 http://www.sina.com.cn 2010年11月15日03:25 新华网 新华网华盛顿11月14日电(记者 任海军 毛磊) 国际 TOP500组织14日在网站上公布了最新全球超级计算机前500强 排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄 居第一。 “天河一号”由国防科学技术大学研制，部署在国家超级 计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次。 美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”超级计算机此前排 名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。“美洲虎”的实测 运算速度可达每秒1750万亿次。 排名第三的是中国曙光公司研制的“星云”高性能计算 机，其实测运算速度达到每秒1270万亿次。 TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。从1993年 起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构， 国际TOP500组织以计算机实测速度(Linpack测试值)为基准， 每年两次发布世界上最快的500台超级计算机排名。14日公布 的是第36版排行榜。 德国专家：天河一号要保持第一就要继续提高性能 天河一号运算速度是第二名1.4倍
在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和
效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的 量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机 同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研 制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成.
五、新一代计算机
◆
新器件和非冯· 诺依曼结构已成为新一代计算机的 公认标志。 量子计算机。
第1台数字电子计算机
1946年ENIAC计算机公布
ENIAC（电子数字积分机与计算机）：
• • • •
研制单位：美国宾夕法尼亚大学 用 途： 军事计算 运算速度：5000次/秒 体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元
其逻辑元件采用电子管，存储器件为磁鼓，典型逻辑
结构为定点运算；用低级语言编程，无操作系统。