计算机组成原理第二章

1、12.3 计算机的展望计算机的展望2.2 计算机的应用计算机的应用2.1 计算机的发展史计算机的发展史2一、计算机的产生和发展一、计算机的产生和发展1946年年 美国美国 ENIAC1955年退役年退役十进制运算十进制运算18 0001 500150301 500多个电子管多个电子管多个继电器多个继电器千瓦千瓦吨吨平方英尺平方英尺5 000次加法秒次加法秒用手工搬动开关和拔插电缆来编程用手工搬动开关和拔插电缆来编程3世界上第一台电子计算机世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946)ENIAC(1946)4硬件技术对计算机更新换代的影响硬件技术对计算机更新换代的影响 100 000 000 超

2、大规模超大规模 集成电路集成电路 1978现在现在 10 000 000 大规模大规模 集成电路集成电路 19721977 1 000 000 中小规模中小规模 集成电路集成电路 19651971 200 000 晶体管晶体管 19581964 40 000 电子管电子管 19461957 速度（次速度（次/秒）秒） 硬件技术硬件技术 时间时间 代代三三四四二二一一5第一台第一台von Neumann 系统结构的计算机系统结构的计算机6IBM System360 7l该排行榜由德国该排行榜由德国Manheim大学、美国田纳西州大学、美国田纳西州立大学以及美国劳伦斯伯克利国家实验室的研立大学以及

3、美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员收集全球超级计算机等大规模计算系统究人员收集全球超级计算机等大规模计算系统的相关数据，每年两次公布的相关数据，每年两次公布500强超级计算机。强超级计算机。 8最快的超级计算机最快的超级计算机l美国国际商用机器公司（美国国际商用机器公司（I B M ）研制的）研制的“蓝色基因蓝色基因L ”蝉联蝉联冠军，运算速度高达每秒冠军，运算速度高达每秒280.6万亿次浮点运算。这台计算机将万亿次浮点运算。这台计算机将用于政府对核武器老化情况进行综合模拟运算和评估以及其它用于政府对核武器老化情况进行综合模拟运算和评估以及其它研究领域。研究领域。在这次公布的半年度全球超级计

4、算机在这次公布的半年度全球超级计算机500强排名中，强排名中，IBM建造建造的系统占据了的系统占据了43.8%，而且囊括了其中的前三名。排名第二的，而且囊括了其中的前三名。排名第二的是另一台蓝色基因系统，运算速度为每秒是另一台蓝色基因系统，运算速度为每秒91.2万亿次，配置在万亿次，配置在IBM的托马斯的托马斯-沃森研究中心。位居第三位同样来自利弗莫尔沃森研究中心。位居第三位同样来自利弗莫尔国家实验室，在测试中的运算速度达到了每秒国家实验室，在测试中的运算速度达到了每秒63.4万亿次。万亿次。9最快的超级计算机最快的超级计算机 惠普公司是第二大超级计算机制造商，这次排惠普公司是第二大超级计算机

5、制造商，这次排名中的名中的33.8%计算机即来自惠普。计算机即来自惠普。在芯片制造商中，这次上榜的计算机中有在芯片制造商中，这次上榜的计算机中有333台系统使用了英特尔的处理器，其中台系统使用了英特尔的处理器，其中88台使用了该台使用了该公司的公司的EM64T技术。技术。IBM的芯片排名第二，的芯片排名第二，73台上台上榜的计算机使用了它的榜的计算机使用了它的Power处理器。处理器。AMD排名第排名第三，其中三，其中55台系统使用了该公司台系统使用了该公司Opteron芯片，较芯片，较六个月前的六个月前的25台增长了一倍多。台增长了一倍多。 在所有这在所有这500台超级计算机中，台超级计算机

6、中，305台安装在美台安装在美国。欧洲有国。欧洲有100台，亚洲有台，亚洲有66台台.10lLinpack是国际上最流行的用于测试高性能计算机系统浮点性能的benchmark。通过对高性能计算机采用高斯消元法求解一元N次稠密线性代数方程组的测试，评价高性能计算机的浮点性能。 1 Teraflop表示每秒钟可完成1万亿次浮点计算。11最快的超级计算机最快的超级计算机IBM: BlueGene/L Processors:131072 Rmax:280.6 RPeak:36712IBM: BlueGene/L 在在BlueGene/L去年创造的世界纪录中，美国能源部国家去年创造的世界纪录中，美国能源

7、部国家核安全管理局核安全管理局(NNSA)将它作为核武器模拟测试的重要工将它作为核武器模拟测试的重要工具。具。NNSA发言人布赖恩威尔克斯发言人布赖恩威尔克斯(Bryan Wilkes)说：说：“由于世界禁止进行场地核武器实验，由于世界禁止进行场地核武器实验，BlueGene/L型超型超级计算机就成为了我们评估及监督核武器的最有力助手。级计算机就成为了我们评估及监督核武器的最有力助手。 13SGI Altix 3700 Processors :10160 Rmax :51.87 Rpeak :60.96 美国宇航局（美国宇航局（NASA）、视算电脑科技有限公司（）、视算电脑科技有限公司（SGI

8、）和）和英英特尔特尔（Intel）携手）携手“哥伦比亚项目哥伦比亚项目”，协力推进科学研究和太，协力推进科学研究和太空计划的新生空计划的新生 配有配有10,240枚处理器的枚处理器的SGI ALTIX服务器将服务器将成为成为NASA AMES研究中心超级计算中心的支持平台。研究中心超级计算中心的支持平台。 14Tera-10 用于法国进行计算机模拟核爆，以保持其核威慑力量。用于法国进行计算机模拟核爆，以保持其核威慑力量。而法国政府计划将这台超级计算机向全人类的科学家开而法国政府计划将这台超级计算机向全人类的科学家开放，至今，放，至今，TERA-10已经用于印度洋海啸模拟，疯牛病已经用于印度洋海

9、啸模拟，疯牛病研究等和平科学研究。研究等和平科学研究。 Designed by Bull, Tera 10 comprises a cluster of 544 Bull NovaScale computing nodes, each featuring eight new-generation Dual-Core Intel Itanium processors, code-named Montecito. The NovaScale servers are interconnected via an ultra high-performance Quadrics QsNet II netw

10、ork, a world leader in supercomputing networks. Overall, Tera 10 provides the processing capacity of 4532 dual-core processors and 30 TB of core memory. The performance of 42.9 Teraflops of power was measured on 4000 processors.Rmax: 42.9 RPeak:55.705615ThunderbirdlThunderbird is a supercomputer clu

11、ster at Sandia National Laboratories. The system was built by Dell, Inc. It is a cluster of 4500 dual-Xeon servers. It can do 60 teraflops and is the fifth most powerful supercomputer in the world and has the best cost per teraflop. Rmax: 38.270 RPeak:64.97216TSUBAME 由由Sun Microsystems的的655台节点计算机台节点

12、计算机“Sun Fire X4600”群集而成。该计算机的微处理器配群集而成。该计算机的微处理器配备的是备的是AMD双核型双核型2.4GHz“Opteron 880”和和2.6Hz“Opteron 885”8个。这样，整个系统的个。这样，整个系统的CPU总数为总数为286551万万480个。个。 Rmax: 38.180 RPeak:49.86817NEC: Earth Simulator。“地球模拟器”通过在计算机内设置“虚拟地球”，以预测及解析整个地球的大气循环预测、温室化预测、地壳变动、地震发生等大规模计算为目的而开发，“地球模拟器”是由640台用来进行演算处理的“计算节点”（机体的长和

13、宽均为1.4米，高为2米）和65台用于连接计算结点的网络设备构成。 Distributed Memory Parallel Computing System , 640 processor nodes interconnected by Single-Stage Crossbar Network.Processors:5120 Rmax:35.860 RPeak:40.96018l Prediction of Weather,lClimate, and Global Changel Materials Sciencel Semiconductor Designl Superconductivi

14、tyl Structural Biologyl Drug Designl Human Genomel QCDl Astronomyl Vehicle Signature-MilitarylTransportationl Turbulencel Vehicle Dynamicsl Nuclear Fusionl Combustion Systeml Oil and Gas Recoveryl Ocean Sciencel Speechl Visionl Undersea Surveillance19二、微型计算机的出现和发展二、微型计算机的出现和发展微处理器芯片微处理器芯片存储器芯片存储器芯片1

15、971年年 8位位16位位32位位64位位4位（位（4004）1970年年256位位 1K位位16K位位64K位位256K位位1M位位16M位位64M位位4K位位4M位位20Moore 定律定律Intel 公司的缔造者之一公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出提出微芯片上集成的微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番晶体管数目每三年翻两番21Intel 公司的典型微处理器产品公司的典型微处理器产品8080 8位位 1974年年8086 16位位 1979年年 2.9 万万80286 16位位 1982年年 13.4 万万80386 32位位 1985年年 27.5 万万80486 32

16、位位 1989年年 120.0 万万Pentium 64位（准）位（准） 1993年年 310.0 万万Pentium pro 64位（准）位（准） 1995年年 550.0 万万Pentium 64位（准）位（准） 1997年年 550.0 万以上万以上Pentium 64位（准）位（准） 1999年年 800.0 万以上万以上Pentium 64位位 2000年年 4 200.0 万万预计预计 2007 年年 芯片上可集成芯片上可集成 3 亿亿 5 千万千万 晶体管晶体管 2010 年年 芯片上可集成芯片上可集成 8 亿亿 晶体管晶体管22三、软件技术的兴起和发展三、软件技术的兴起和发展机

17、器语言机器语言 面向机器面向机器汇编语言汇编语言 面向机器面向机器高级语言高级语言 面向问题面向问题FORTRAN 科学计算和工程计算科学计算和工程计算PASCAL 结构化程序设计结构化程序设计C 面向对象面向对象Java 适应网络环境适应网络环境 1. 各种语言各种语言232. 系统软件系统软件语言处理程序语言处理程序 汇编程序汇编程序 编译程序编译程序 解释程序解释程序操作系统操作系统 DOS UNIX Windows 服务性程序服务性程序 装配装配 调试调试 诊断诊断 排错排错数据库管理系统数据库管理系统 数据库和数据库管理软件数据库和数据库管理软件网络软件网络软件243. 软件发展的特点软件发展的特点 开发周期