计算机组成原理唐朔飞PPT 第2章 计算机的发展及应用

第二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计算机的发展史不是一个科学发现，而是一个科学与工程结合的系统工程，是无数人共同努力的成果。从计算器到计算机（一字之差，天壤之别）

世界上第一位程序员，是英国著名诗人拜伦的女儿爱达・拉夫拉斯伯爵夫人。阿兰.图灵理论证明计算机可行的第一人，图灵奖。冯.诺依曼使世界认识了计算机的基本概念，将计算机的结构逻辑化、系统化，奠定了计算机的系统结构。正真开始研究计算机和去实现计算机。当从英国人查尔斯.巴贝奇开始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180001500150301500多个电子管多个继电器千瓦吨平方英尺5000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)2.1计算机的发展史硬件技术对计算机更新换代的影响100000000

超大规模集成电路1978~现在10000000

大规模集成电路1972~19771000000

中小规模集成电路1965~1971

200000

晶体管1958~1964

40000

电子管1946~1957

速度（次/秒）

硬件技术

时间

代三四二一2.1计算机的发展史第一台vonNeumann系统结构的计算机2.1计算机的发展史IBMSystem／360

2.1计算机的发展史最快的五台超级计算机（截止到2003.06）1.IBM:Seaborg 6080个CPU最大平均速度7.304TF(1012)2.1计算机的发展史2.IBM:ASCIWhite8192个CPU最大平均速度7.304TF(1012)最快的五台超级计算机（截止到2003.06）2.1计算机的发展史3.LinuxNetworX:MCRLinuxCluster

最快的五台超级计算机（截止到2003.06）2304个CPU最大平均速度7.634TF(1012)2.1计算机的发展史最快的五台超级计算机（截止到2003.06）4.HP:ASCI

Q

4096个CPU最大平均速度13.88TF(1012)2.1计算机的发展史最快的五台超级计算机（截止到2003.06）5.NEC:EarthSimulator 5120个CPU最大平均速度35.86TF(1012)2.1计算机的发展史二、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2.1计算机的发展史Moore定律Intel公司的缔造者之一GordonMoore提出微芯片上集成的晶体管数目每三年翻两番2.1计算机的发展史

摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。摩尔定律在发现后的40多年里产生了巨大影响，但随着3D芯片等技术的耗尽，美物理学家加来道雄称该定律将在10年内崩溃,单靠标准的硅材料技术，计算能力无法维持快速的指数倍增长。2.1计算机的发展史Intel公司的典型微处理器产品80808位1974年8086/808816位1978年/1979年2.9万8028616位1982年13.4万8038632位1985年27.5万8048632位1989年120.0万Pentium64位（准）1993年310.0万Pentiumpro64位（准）1995年550.0万PentiumⅡ64位（准）1997年550.0万以上PentiumⅢ64位（准）1999年800.0万以上PentiumⅣ64位2000年4200.0万预计2007年芯片上可集成3

亿

5

千万

晶体管2010年芯片上可集成8

亿晶体管2.1计算机的发展史微型计算机的发展很大程度上取决于微处理器的发展，而微处理器的发展又依赖于芯片集成度和处理器主频的提高。集成度的提高功耗持续上升，功耗和散热成为当务之急。为了提高计算机的性能，除了提高处理器的性能外，还通过开发指令集并行来实现。2.1计算机的发展史

微处理器的发展重点：1、进一步提高复杂度来提高处理器性能2、通过线程/进程级并行性的开发提高处理器性能，3、将存储器集成到处理器芯片内来提高处理器性能4、发展嵌入式处理器2.1计算机的发展史2.1计算机的发展史

扩展：从1964年被公认为第一台超级计算机CDC6600的诞生，一直到在最新一期TOP500排行榜占据首位、理论峰值达54.9Petaflop/s的天河2号，40年来，超级计算机的计算能力已经有了10个数量级的提升。其中，1985年Cray公司发布了8个处理器的1.9Gigaflop/s的Cray-2，是世界上首台Giga级别的超级计算机；1996年年底Intel公司成功研制出1.453Terafolp/s的ASCI-RED，标志着超级计算机Tera时代的到来；2008

年IBM研制成功“走鹃（RoadRunner）”，宣告人类正式进入了千万亿次计算（PetaScale）时代。从时间统计来看，由Giga到Tera、由Tera到Peta分别用了11年和12年不等的时间。2.1计算机的发展史扩展（续）一般来说CDC6600被认为是第一个成功的超级计算机，每秒浮点运算次数达1M，超过之前最快的IBM7030约三倍。它从1964年到1969年一直保持世界最快的计算机，直到让渡其继任者CDC7600。

1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。以真空管取代继电器的“电子化”电脑--ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator），电子数字积分器与计算器），目的是用来计算炮弹弹道。

机器使用了18800个真空管，长50英尺，宽30英尺，占地1500平方英尺，重达30吨（大约是一间半的教室大，六只大象重）。它的计算速度快，每秒可从事5000次的加法运算，运作了九年之久。由於吃电很凶，据传ENIAC每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。(耗电量140千瓦)2.1计算机的发展史扩展（续）

另外，真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。曾有人调侃道：「只要那部机器可以连续运转五天，而没有一只真空管烧掉，发明人就要额手称庆了。由国防科大研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。10年11月，天河一号曾以每秒4.7千万亿次的峰值速度，首次将五星红旗插上超级计算领域的世界之巅。此次是继天河一号之后，中国超级计算机再次夺冠。2.1计算机的发展史

扩展（续）

2013年11月18日，国际TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，国防科大研制的“天河二号”以比第二名—美国的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美国专家预测，在一年时间内，“天河二号”还会是全球最快的超级计算机。

在2014年11月17日公布的全球超级计算机500强榜单中，中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第四次获得冠军。

为夺回领先地位，美国先后宣布将建造3台超级计算机，其计算速度远超“天河二号”。这些超级计算机计划于2017年至2018年陆续建造完成，在那之前，没有超级计算机可以挑战“天河二号”。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2.1计算机的发展史2.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

DOSUNIXWindows

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2.1计算机的发展史3.软件发展的特点⑴开发周期长⑵制作成本高⑶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2.1计算机的发展史2.2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2.2计算机的应用2.3计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级

智能功能要求计算机的速度达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极限的制约按几何级数递增的制作成本芯片的功耗、散热、线延迟2.3计