计算机组织与结构课件第2章

1、第章 计算机的发展及应用2.3 计算机的展望2.2 计算机的应用2.1 计算机的发展史1. 最早的计算工具：人的双手2. 劳动实践中发明的计算工具计算机的起源 原始社会：结绳、垒石 春秋战国：算筹 唐代末：算盘3十七世纪以来出现的计算工具 1622年英国数学家奥特瑞德 ：计算尺 1642年法国物理学家帕斯卡 ：齿轮式加减法器 1673年德国数学家莱布尼兹 ：能进行四则运算的机械式计算机 1822年英国数学家查尔斯巴贝奇 ：差分机 1834年英国数学家查尔斯巴贝奇 ：分析机 计算机的起源计算机的起源计算机发展中最杰出的代表人物 英国的艾兰图灵 主要贡献：一是建立了图灵机（TM）的理论模型，对数字

2、计算机的一般结构、可实现性和局限性产生了意义深远的影响；二是提出了定义机器智能的图灵测试（Turing Test），奠定了“人工智能”的理论基础。 美籍匈牙利人冯诺依曼 在纯粹数学、应用数学、量子物理学、逻辑学、气象学、军事学、计算机理论及应用、对策论和经济学诸领域都有重要建树和贡献。 首先提出了在计算机内存储程序的概念，使用单一处理部件来完成计算、存储及通信工作，使具有“存储程序”的计算机成为现代计算机的重要标志。计算机的起源计算机发展中最杰出的代表人物2.1 计算机的发展史一、计算机的产生和发展1946年 美国 ENIAC1955年退役十进制运算18 0001 500150301 500多

3、个电子管多个继电器千瓦吨平方英尺5 000次加法秒用手工搬动开关和拔插电缆来编程世界上第一台电子计算机 ENIAC(1946)Electronic Numerical Integrator And Computer2.1硬件技术对计算机更新换代的影响 100 000 000 超大规模 集成电路 1978现在五 10 000 000 大规模 集成电路 19721977 1 000 000 中小规模 集成电路 19651971 200 000 晶体管 19581964 40 000 电子管 19461957 速度 /（次/秒） 硬件技术 时间 代三四二一2.1第一台von Neumann 系统结构

4、的计算机EDVAC（离散变量自动电子计算机），1952年研制成功并投入使用，其运算速度是 ENIAC的 240倍。2.1IBM System360 2.12.1 1.IBM: BlueGene/L - eServer Blue Gene Solution212 992 个 CPU 最大平均速度 478 200 GFLOPS最快的五台超级计算机（截止到 2007.11）2.12.IBM: JUGENE - Blue Gene/P Solution 65 536个 CPU 最大平均速度 167 300 GFLOPS 最快的五台超级计算机（截止到 2007.11）3.SGI: SGI Altix I

5、CE 82002.114 336个 CPU 最大平均速度 126 900 GFLOPS 最快的五台超级计算机（截止到 2007.11）2.14. HP : EKA - Cluster Platform 3000 BL460c14 240个 CPU 最大平均速度 117 900 GFLOPS最快的五台超级计算机（截止到 2007.11）2.1最快的五台超级计算机（截止到 2007.11）5. HP : Cluster Platform 3000 BL460c13 728个 CPU 最大平均速度 102 800 GFLOPS2.1最权威的超级计算机排名的参考网址 天河一号6144个通用处理器（30

6、72x2 Intel Quad Core Xeon E5540 2.53GHz/E5540 3.0GHz）； 5120个加速处理器（2560 ATI Radeon 4870 x2 575MHz）; 内存总容量 98 TB ； 点点通信带宽 40 Gbps ； 共享磁盘总容量为 1 PB ；峰值性能 1.206 PFlops。 2.1最近超级计算机排名天河二号32000颗Ivy Bridge处理器和48000个Xeon Phi（总计有312万个计算核心）； 前端处理器为4096个FT-1500（自主研发16核心的Sparc V9）; 内存总容量 1.404 PB； 存储总容量12.4PB；峰值性

7、能 54.902 PFlops。 神威太湖之光国家并行计算机工程技术研究中心研制比天河二号性能提升近2倍，能效提升3倍神威太湖之光2016年6月20日，TOP500组织世界超算大会，世界上首台运算速度超过十亿亿次的超级计算机世界第一峰值性能：125.436 PFlops 持续性能：93.015 PFlops性能功耗：6,051 MFlops/W40个运算机柜和8个网络机柜全部装备“中国芯”：40960个中国自主研发的“申威26010”众核处理器IBM Summit2018年6月25日，SUMMIT排名第一处理器： IBM POWER9 22C加速芯片：GV100峰值性能：187,659 PFl

8、op/s持续性能：122,300 PFlop/s功耗：8805.5kWE级计算每秒可进行百亿亿次数学运算下一代超级计算美国：计划2021年交付中国：计划2020年交付国防科大和天津超算中心：“天河三号”中科曙光：E级超算江南所和济南超算中心：“神威”E级超算二、微型计算机的出现和发展微处理器芯片存储器芯片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 公司的缔造者之一 Gordon Moore 提出微芯片上集成的 晶体管数目每三年翻两番2.1Intel 公司的典型微处理器产

9、品8080 8位 1974年8086 16位 1979年 2.9 万个晶体管80286 16位 1982年 13.4 万个晶体管80386 32位 1985年 27.5 万个晶体管80486 32位 1989年 120.0 万个晶体管Pentium 64位（准） 1993年 310.0 万个晶体管Pentium Pro 64位（准） 1995年 550.0 万个晶体管Pentium 64位（准） 1997年 750.0 万个晶体管Pentium 64位（准） 1999年 950.0 万个晶体管Pentium 64位 2000年 4 200.0 万个晶体管Core 2 Duo 64位 2006年

10、 16 700.0 万个晶体管Core 2 Quad 64位 2008年 82 000.0 万个晶体管2.12007 年 芯片上可集成 3 亿 5 千万 个晶体管 2010 年 芯片上可集成 10亿 个晶体管新型计算技术1. 嵌入式系统2.12. 并行加速器3. 分布式计算4. 工业控制嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。并行加速器图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）并发多线程，SIMDCUDA（C语言），OpenCL现场可编程门阵列（Field Programmab

11、le Gate Array，FPGA）半定制电路 硬件描述语言（Verilog、VHDL）C语言高层次综合数据驱动分布式计算分布式计算集群：通过一组松散集成的计算机软/硬件连接起来高度紧密地协作完成计算工作。网格：连接一组相关并不信任的计算机,主要服务于管理在独立执行工作的计算机间作业分配。云计算：基于互联网相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。工业控制单片机：把一个计算机系统集成到一个芯片上。可编程逻辑控制器（PLC）：采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式

12、输入/输出控制各种类型机械或生产过程。数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）：由大规模或超大规模集成电路心片组成的用来完成某种信号处理任务的处理器。三、软件技术的兴起和发展机器语言 面向机器汇编语言 面向机器高级语言 面向问题FORTRAN 科学计算和工程计算PASCAL 结构化程序设计C 面向对象Java 适应网络环境 1. 各种语言2.12. 系统软件语言处理程序 汇编程序 编译程序 解释程序操作系统 DOS UNIX Windows 服务性程序 装配 调试 诊断 排错数据库管理系统 数据库和数据库管理软件网络软件2.13. 软件发展的特点 开发周期长 制作成本昂贵 检测软件产品质量的特殊性软件是程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档2.12.2 计算机的应用一、科学计算和数据处理二、工业控制和实时控制三、网络技术1. 电子商务2. 网络教育3. 敏捷制造四、虚拟现实五、办公自动化和管理信息系统六、CAD/CAM/CIMS七、多媒体技术八、人工智能2.22.3 计算