计算机系统发展历程
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– IBM’s first stored program computer – Scientific calculations
• 1955 - the 702
– Business applications
• Lead to 700/7000 series
计算机系统发展历程
•1952年，IBM公司的第一台机器 IBM701
• 1944~1945年间，美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼在第 一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点， 并提出一个新机型EDVAC的设计方案，其中提到了 两个设想：
• 采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现代 计算机至关重要，也使冯·诺伊曼成为“现代电子计 算机之父”，冯·诺伊曼机体系延续至今。
计算机系统发展历程
•1952年，IBM公司的第一台机器 IBM701
计算机系统发展历程
第一代计算机系统
• 电子管、继电器存储器，用绝缘导线连接 • CPU（PC，累加器） • 顺序执行定点运算 • 机器/汇编语言 • CPU程序控制I/O
计算机系统发展历程
第二代 晶体管Transistors
• Replaced vacuum tubes • Smaller • Cheaper • Less heat dissipation • Solid State device • Made from Silicon • Invented 1947 at Bell Labs
• Literally - “small electronics” • A computer is made up of gates, memory
cells and interconnections • These can be manufactured on a
semiconductor
计算机系统发展历程
• Ultra large scale integration
– Over 100,000,000 devices on a chip
计算机系统发展历程
第三代计算机系统主要特征（IBM360/370，PDP-8） • 微程序控制开始普及 • 流水线、高速缓存、先行处理机 • 软件上 多道程序设计、分时操作系统 第四代计算机系统主要特征（IBM3090，VAX9000） • 出现共享存储器、分布存储器、并行计算机 • 开发了用于并行处理的多处理操作系统、专用语言
– Similar or identical instruction sets – Similar or identical O/S – Increasing speed – Increasing number of I/O ports (i.e. more terminals) – Increased memory size – Increased cost
计算机系统发展历程
•Alan Turing
•Von Neumann with the first Institute computer
计算机系统发展历程
Structure of von Neumann machine
–Main memory storing programs and data –ALU operating on binary data –Control unit interpreting instructions from memory and executing –Input and output equipment operated by control unit
计算机系统发展历程
DEC - PDP-8 Bus Structure
•Console •Controller
•CPU
•Main Memory
•I/O •Module
•I/O •Module
•OMNIBUS
计算机系统发展历程
PDP-11 (1973)
•VAX-11 (1981) •Micro VAX
计算机系统发展历程
EDVAC
计算机系统发展历程
商用计算机
• 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation
• UNIVAC I (Universal Automatic Computer) 用于US Bureau of Census 1950 calculations
和编译器等
第五代计算机系统主要特征（Intel Paragon） • 进行大规模并行处理、采用可扩展、容许延时的
系统结构
计算机系统发展历程
IBM 360 series(第三代)
• 1964 • Replaced (& not compatible with) 7000 series • First planned “family” of computers（系列的概念）
机 •（IBM）•2200010年1宣布制
造出全球运算速度最快的 超级电脑，占地达两个篮 球场之大，重达106吨， 它的运算能力相当于击败 国际象棋世界级棋手的超 级电脑“深蓝”的1000倍， 达7 万亿次。
计算机系统发展历程
•2002年世界最快的计算机 NEC地球模拟器35万亿次
计算机系统发展历程
ENIAC
计算机系统发展历程
von Neumann/Turing
• Stored Program concept(设计新型计算机 ENIAC）
• Princeton Institute for Advanced Studies
– IAS
• Completed 1952
计算机系统发展历程
现代电子计算机之父
计算机系统发展历程
IAS - details
• 1000 x 40 bit words
– Binary number（39+1） – 2 x 20 bit instructions
• Set of registers (storage in CPU)
– Memory Buffer Register – Memory Address Register – Instruction Register – Instruction Buffer Register – Program Counter – Accumulator – Multiplier Quotient（乘商寄存器）
• Multiplexed switch structure（多路器）
计算机系统发展历程
•1964年，IBM公司宣布了IBM 360系列
S/360极强的通用性适用于 各方面的用户，它具有360度 ”全方位的特点，因此得名。
IBM投入了50亿美元的研发 费用，远远过制造原子弹的“ 曼哈顿计划”的20亿美元
计算机系统发展历程
Vacuum tube in ENIAC
计算机系统发展历程
Input Pannel (42)
计算机系统发展历程
Cable
计算机系统发展历程
Programing
计算机系统发展历程
Debug(线路检查)
计算机系统发展历程
•缺点：输入、修 改程序复杂。
•若程序能与数据 同存于存储器，可 简化编程过程。
• Became part of Sperry-Rand Corporation • Late 1950s - UNIVAC II
– Faster – More memory
计算机系统发展历程
UNIVAC I
计算机系统发展历程
UNIVAC II
计算机系统发展历程
IBM
• Punched-card processing equipment • 1953 - the 701
电子数字积分器和计算机，第一台通用电子数字计算机
• Mauchly and Eckert ，University of Pennsylvania • Trajectory tables for weapons • Started 1943—Finished 1946 —Used until 1955
计算机系统发展历程
Transistor Based Computers
• Second generation machines • NCR & RCA produced small transistor
machines • IBM 7000 • DEC - 1957
– ProducedБайду номын сангаасPDP-1
•中国最快的计算机
•曙光3000，4,032亿次
•联想机群系统，4万亿次
•“曙光4000A”采用2560枚美国超微 (AMD)公司服务器芯片，10万亿次浮 点运算/s。
•天河一号超级计算机系统进入世 界五强.我国首台千万亿次超级计
算机系统“天河一号”，峰值性能 每秒1206万亿次双精度浮点运算， Linpack测试值达每秒563.1万亿 次。是世界上首台CPU和GPU异 构混合千万亿次超级计算机系统。
– 100-3,000 devices on a chip
• Large scale integration - 1971-1977
– 3,000 - 100,000 devices on a chip
• Very large scale integration - 1978 to date
– 100,000 - 100,000,000 devices on a chip
Generations of Computer
• Vacuum tube - 1946-1957 • Transistor - 1958-1964
• Small scale integration - 1965 on
– Up to 100 devices on a chip
• Medium scale integration - to 1971
计算机系统发展历程
IBM 7030 (1961)
•数据通道 •多路器
•世界上第一台通用流水线机器－IBM7030
计算机系统发展历程
•世界上第一台通用流水线机器－IBM7030
•它采用四级流水 线结构，以使取 指、译码和执行 阶段重叠，从而 提高速度。
计算机系统发展历程
DEC PDP-1 (1960)
计算机系统发展历程
•1976年，Cray-1
•第一台每秒亿次浮点 计算能力的计算机。 •第一台商业化的向量 超级计算机。
计算机系统发展历程
•1971年，Intel公司开始出售它的第一种微 处理器芯片－Intel 4004
计算机系统发展历程
•Intel 80X86系列
计算机系统发展历程
• 世界最快的计算
Amdahl和Blauw等人在介绍 IBM360时，提出了“系统结 构”这一重要概念。
采用了微程序技术。 •。
计算机系统发展历程
IBM 360 Family
计算机系统发展历程
DEC PDP-8 (第三代)
• 1964 • First minicomputer • Did not need air conditioned room • Small enough to sit on a lab bench • BUS STRUCTURE
•Estimated cost=$120,000
计算机系统发展历程
•第二代计算机系统
• 分立晶体二极管、三极管、铁氧 体磁芯、 用印刷电路互连
• 变址寄存器、浮点运算、多路存储器、 I/O处理器
• 带编译程序的高级语言、子程序库、批 处理监控程序
计算机系统发展历程
微电子技术的出现 Microelectronics
– Too late for war effort
计算机系统发展历程
ENIAC - details
• Decimal (not binary) • 20 accumulators of 10 digits • Programmed manually by switches • 18,000 vacuum tubes • 30 tons • 15,000 square feet • 140 kW power consumption • 5,000 additions per second
计算机系统发展历程
2020/12/7
计算机系统发展历程
•计算机性能的高速增长受益于
电路技术的发展 体系结构技术的发展
计算机系统发展历程
• 1.0 计算机发展历史回顾
第一代 真空管 Vacuum tubes
计算机系统发展历程
ENIAC - background
• Electronic Numerical Integrator And Computer
• 1955 - the 702
– Business applications
• Lead to 700/7000 series
计算机系统发展历程
•1952年，IBM公司的第一台机器 IBM701
• 1944~1945年间，美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼在第 一台现代计算机ENIAC尚未问世时注意到其弱点， 并提出一个新机型EDVAC的设计方案，其中提到了 两个设想：
• 采用二进制和“存储程序”。这两个设想对于现代 计算机至关重要，也使冯·诺伊曼成为“现代电子计 算机之父”，冯·诺伊曼机体系延续至今。
计算机系统发展历程
•1952年，IBM公司的第一台机器 IBM701
计算机系统发展历程
第一代计算机系统
• 电子管、继电器存储器，用绝缘导线连接 • CPU（PC，累加器） • 顺序执行定点运算 • 机器/汇编语言 • CPU程序控制I/O
计算机系统发展历程
第二代 晶体管Transistors
• Replaced vacuum tubes • Smaller • Cheaper • Less heat dissipation • Solid State device • Made from Silicon • Invented 1947 at Bell Labs
• Literally - “small electronics” • A computer is made up of gates, memory
cells and interconnections • These can be manufactured on a
semiconductor
计算机系统发展历程
• Ultra large scale integration
– Over 100,000,000 devices on a chip
计算机系统发展历程
第三代计算机系统主要特征（IBM360/370，PDP-8） • 微程序控制开始普及 • 流水线、高速缓存、先行处理机 • 软件上 多道程序设计、分时操作系统 第四代计算机系统主要特征（IBM3090，VAX9000） • 出现共享存储器、分布存储器、并行计算机 • 开发了用于并行处理的多处理操作系统、专用语言
– Similar or identical instruction sets – Similar or identical O/S – Increasing speed – Increasing number of I/O ports (i.e. more terminals) – Increased memory size – Increased cost
计算机系统发展历程
•Alan Turing
•Von Neumann with the first Institute computer
计算机系统发展历程
Structure of von Neumann machine
–Main memory storing programs and data –ALU operating on binary data –Control unit interpreting instructions from memory and executing –Input and output equipment operated by control unit
计算机系统发展历程
DEC - PDP-8 Bus Structure
•Console •Controller
•CPU
•Main Memory
•I/O •Module
•I/O •Module
•OMNIBUS
计算机系统发展历程
PDP-11 (1973)
•VAX-11 (1981) •Micro VAX
计算机系统发展历程
EDVAC
计算机系统发展历程
商用计算机
• 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation
• UNIVAC I (Universal Automatic Computer) 用于US Bureau of Census 1950 calculations
和编译器等
第五代计算机系统主要特征（Intel Paragon） • 进行大规模并行处理、采用可扩展、容许延时的
系统结构
计算机系统发展历程
IBM 360 series(第三代)
• 1964 • Replaced (& not compatible with) 7000 series • First planned “family” of computers（系列的概念）
机 •（IBM）•2200010年1宣布制
造出全球运算速度最快的 超级电脑，占地达两个篮 球场之大，重达106吨， 它的运算能力相当于击败 国际象棋世界级棋手的超 级电脑“深蓝”的1000倍， 达7 万亿次。
计算机系统发展历程
•2002年世界最快的计算机 NEC地球模拟器35万亿次
计算机系统发展历程
ENIAC
计算机系统发展历程
von Neumann/Turing
• Stored Program concept(设计新型计算机 ENIAC）
• Princeton Institute for Advanced Studies
– IAS
• Completed 1952
计算机系统发展历程
现代电子计算机之父
计算机系统发展历程
IAS - details
• 1000 x 40 bit words
– Binary number（39+1） – 2 x 20 bit instructions
• Set of registers (storage in CPU)
– Memory Buffer Register – Memory Address Register – Instruction Register – Instruction Buffer Register – Program Counter – Accumulator – Multiplier Quotient（乘商寄存器）
• Multiplexed switch structure（多路器）
计算机系统发展历程
•1964年，IBM公司宣布了IBM 360系列
S/360极强的通用性适用于 各方面的用户，它具有360度 ”全方位的特点，因此得名。
IBM投入了50亿美元的研发 费用，远远过制造原子弹的“ 曼哈顿计划”的20亿美元
计算机系统发展历程
Vacuum tube in ENIAC
计算机系统发展历程
Input Pannel (42)
计算机系统发展历程
Cable
计算机系统发展历程
Programing
计算机系统发展历程
Debug(线路检查)
计算机系统发展历程
•缺点：输入、修 改程序复杂。
•若程序能与数据 同存于存储器，可 简化编程过程。
• Became part of Sperry-Rand Corporation • Late 1950s - UNIVAC II
– Faster – More memory
计算机系统发展历程
UNIVAC I
计算机系统发展历程
UNIVAC II
计算机系统发展历程
IBM
• Punched-card processing equipment • 1953 - the 701
电子数字积分器和计算机，第一台通用电子数字计算机
• Mauchly and Eckert ，University of Pennsylvania • Trajectory tables for weapons • Started 1943—Finished 1946 —Used until 1955
计算机系统发展历程
Transistor Based Computers
• Second generation machines • NCR & RCA produced small transistor
machines • IBM 7000 • DEC - 1957
– ProducedБайду номын сангаасPDP-1
•中国最快的计算机
•曙光3000，4,032亿次
•联想机群系统，4万亿次
•“曙光4000A”采用2560枚美国超微 (AMD)公司服务器芯片，10万亿次浮 点运算/s。
•天河一号超级计算机系统进入世 界五强.我国首台千万亿次超级计
算机系统“天河一号”，峰值性能 每秒1206万亿次双精度浮点运算， Linpack测试值达每秒563.1万亿 次。是世界上首台CPU和GPU异 构混合千万亿次超级计算机系统。
– 100-3,000 devices on a chip
• Large scale integration - 1971-1977
– 3,000 - 100,000 devices on a chip
• Very large scale integration - 1978 to date
– 100,000 - 100,000,000 devices on a chip
Generations of Computer
• Vacuum tube - 1946-1957 • Transistor - 1958-1964
• Small scale integration - 1965 on
– Up to 100 devices on a chip
• Medium scale integration - to 1971
计算机系统发展历程
IBM 7030 (1961)
•数据通道 •多路器
•世界上第一台通用流水线机器－IBM7030
计算机系统发展历程
•世界上第一台通用流水线机器－IBM7030
•它采用四级流水 线结构，以使取 指、译码和执行 阶段重叠，从而 提高速度。
计算机系统发展历程
DEC PDP-1 (1960)
计算机系统发展历程
•1976年，Cray-1
•第一台每秒亿次浮点 计算能力的计算机。 •第一台商业化的向量 超级计算机。
计算机系统发展历程
•1971年，Intel公司开始出售它的第一种微 处理器芯片－Intel 4004
计算机系统发展历程
•Intel 80X86系列
计算机系统发展历程
• 世界最快的计算
Amdahl和Blauw等人在介绍 IBM360时，提出了“系统结 构”这一重要概念。
采用了微程序技术。 •。
计算机系统发展历程
IBM 360 Family
计算机系统发展历程
DEC PDP-8 (第三代)
• 1964 • First minicomputer • Did not need air conditioned room • Small enough to sit on a lab bench • BUS STRUCTURE
•Estimated cost=$120,000
计算机系统发展历程
•第二代计算机系统
• 分立晶体二极管、三极管、铁氧 体磁芯、 用印刷电路互连
• 变址寄存器、浮点运算、多路存储器、 I/O处理器
• 带编译程序的高级语言、子程序库、批 处理监控程序
计算机系统发展历程
微电子技术的出现 Microelectronics
– Too late for war effort
计算机系统发展历程
ENIAC - details
• Decimal (not binary) • 20 accumulators of 10 digits • Programmed manually by switches • 18,000 vacuum tubes • 30 tons • 15,000 square feet • 140 kW power consumption • 5,000 additions per second
计算机系统发展历程
2020/12/7
计算机系统发展历程
•计算机性能的高速增长受益于
电路技术的发展 体系结构技术的发展
计算机系统发展历程
• 1.0 计算机发展历史回顾
第一代 真空管 Vacuum tubes
计算机系统发展历程
ENIAC - background
• Electronic Numerical Integrator And Computer