第一章计算机及信息技术概述

第一章计算机及信息技术概述计算机的历史和类型计算机典型运用计算机的未来开展趋势计算机学科概要及计算机系统构成信息技术根底知识计算思想概述1.1计算机根底知识1.1.1计算机开展历史上的重要人物和思想法国物理学家帕斯卡(1623-1662)1642年，手摇驱动的齿轮进位式计算器1.1计算机根底知识1673年，莱布尼茨发明机械式乘除法器1.1计算机根底知识1.1计算机根底知识英国数学家巴贝奇Babbage1822年，“差分机〞Amodernreconstructionofthedifferenceengine.From/~history1.1计算机根底知识巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机

——分析机，1834年听说胜利了。英国女数学家阿达(1815-1852)是巴贝奇的协作同伴。她用穿孔卡片设计了世界上“第一件计算机程序〞。她还建议分析机用二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。英国诗人拜伦的女儿1.1计算机根底知识英国科学家阿兰图灵(实际计算机的奠基人1912-1954)1.1计算机根底知识图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序〞的根本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。控制器〔含运算功能〕可在纸带上左右挪动的读写头，用于读写数据(输入输出设备)可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据〔存储器〕1.1计算机根底知识美籍匈牙利数学家

冯诺依曼1.1计算机根底知识冯·诺依曼：“假设不思索巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关思想，计算机根本概念只能属于阿兰·图灵〞计算机应由运算器、控制器、存储器、

输入设备和输出设备五大部件组成；应采用二进制简化机器的电路设计；采用“存储程序〞技术,以便计算机能保管和自动依次执行指令。1.1计算机根底知识七十多年来，现代计算机根本构造依然是“冯·诺依曼计算机〞。1.1计算机根底知识1946年2月由宾夕法尼亚大学研制胜利的ENIAC是第一台电子数字计算机。ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机重30吨，占地167m2，耗电150千瓦18800个电子管，1500个继电器，保存80个字节每秒钟可做5000次加减法或400次乘法运算。“诞生了一个电子的大脑〞致命缺陷：没有存储程序。1.1.2电子计算机时代电子技术的开展促进了电子计算机的更新换代。第一代计算机1946－1958年以电子管为主要元件代表机型：ENIAC1.1计算机根底知识1.1计算机根底知识第二代计算机1958－1964年以晶体管为主要元件采用晶体管的第二代电子计算机IBM7090型1.1计算机根底知识第三代计算机1964－1971年以集成电路为主要元件采用集成电路的第一台电子计算机IBM360型第四代计算机1971年至今以大规模/超大集成电路为主要元件巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机1.1计算机根底知识第五代计算机：听说是智能计算机1.1计算机根底知识1.1计算机根底知识巨型机大型机小型机微型机任务站效力器嵌入式计算机按计算机规模分类1.1计算机根底知识1.1.3计算机类型按计算机用途分类通用计算机公用计算机1.1计算机根底知识计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进展大量数值计算和各种信息处置的现代化智能电子设备。运算速度快计算精度高存储容量大具有逻辑判别才干按照程序自动运转计算机特点1.1.4计算机的特点及运用领域1.1计算机根底知识科学计算数据处置过程与实时控制人工智能计算机辅助设计与制造计算机运用领域远程通讯与网络运用多媒体与虚拟现实微机的开展(1975-1995)1975年第一台个人电脑问世。1981年第一台IBM-PC问世。1985年386；1989年486；1993年奔腾出现。CPU进入32位时代。1989年多媒体声卡问世。1995年个人电脑出现CD-ROM光驱。1995年Win95问世，操作系统进入Windows时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家庭。1995年，3D加速芯片使显卡性能有了很大的开展。1998年USB在PC上出现，即插即用的电子消费产品MP3/MP4等大量涌现。Intel的CPU频率〔2000年P4，2GHz；2004年P4，3.8GHz〕。2001年WindowsXP，集成大量运用程序，例如IE、MediaPlayer、图像阅读等。2004年Google进入桌面，搜索大战。微机的开展(1995-2005)电脑的展望：64位与双核2003年9月，AMD公司消费了进入个人电脑最早64位CPU。2005年4月，64位WindowsXP操作系统问世。。2005年4月，CPU进入双核和多核时代。2006年，WindowsVista32位/64位操作系统发布。计算机开展趋势——巨型化CRAY-Ⅱ银河Ⅱ1.1.5未来的计算机1.1计算机根底知识1.1计算机根底知识LosAlamosNationalLaboratory

OakRidgeNationalLaboratory

NASA/AmesResearchCenter

LawrenceLivermoreNationalLaboratory

ArgonneNationalLaboratory

TexasAdvancedComputingCenter

NERSC/LBNL

OakRidgeNationalLaboratory

NNSA/SandiaNationalLaboratories

ShanghaiSupercomputerCenter

1Tianhe-2(MilkyWay-2)-TH-IVB-FEPCluster,IntelXeonE5-269212C2.200GHz,THExpress-2,IntelXeonPhi31S1P

NUDT2Titan-CrayXK7,Opteron627416C2.200GHz,CrayGeminiinterconnect,NVIDIAK20x

CrayInc.3Sequoia-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.60GHz,CustomIBM4Kcomputer,SPARC64VIIIfx2.0GHz,TofuinterconnectFujitsu5Mira-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.60GHz,CustomIBM6PizDaint-CrayXC30,XeonE5-26708C2.600GHz,Ariesinterconnect,NVIDIAK20x

CrayInc.7Stampede-PowerEdgeC8220,XeonE5-26808C2.700GHz,InfinibandFDR,IntelXeonPhiSE10PDell8JUQUEEN-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.600GHz,CustomInterconnectIBM9Vulcan-BlueGene/Q,PowerBQC16C1.600GHz,CustomInterconnectIBM10SuperMUC-iDataPlexDX360M4,XeonE5-26808C2.70GHz,InfinibandFDRIBMTOP10November2021天河二号“天河二号〞同“天河一号〞一样由中国国防科技大学开发，将于本年底在广州国家超级计算机中心投入运用。天河二号拥有多达312万计算机中心，102.4万GB内存，每秒浮点运算速度达33.86千万亿次，实际浮点运算速度峰值达54.90千万亿次，操作系统为中国自主研发的麒麟Linux。美国“泰坦〞美国“红杉〞日本“KComputer〞美国“米拉〞美国“Stampede〞…Thesystemsranked#1since1993IBMRoadrunner(since2021.06)IBMBlueGene/L(2004.11-2021.06)NECEarthSimulator(2002.06-2004.11)IBMASCIWhite(2000.11-2002.06)IntelASCIRed(1997.06-2000.11)HitachiCP-PACS(1996.11-1997.06)HitachiSR2201(1996.06-1996.11)FujitsuNumericalWindTunnel(1994.11-1996.06)IntelParagonXP/S140(1994.06-1994.11)FujitsuNumericalWindTunnel(1993.11-1994.06)TMCCM-5(1993.06-1993.11)计算机开展趋势——微型化1981年IBMPC计算机不再是单一的计算机器，

而是一种个人的信息机器。1.1计算机根底知识计算机开展趋势——网络化计算机网络：计算机技术＋通讯技术网络的开展动力：共享远程资源，实现通讯和协作。1.1计算机根底知识计算机开展趋势——智能化DeepblueGarryKasparov1996年2月10日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝〞1997年5月12日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝〞智能计算机将是一种具有类似于人的思想才干，能听会说，能想会做，能替代人的膂力劳动以及脑力劳动的智能机器人。1.1计算机根底知识未来的计算机——光计算机用光子器件替代电子器件。1.1计算机根底知识未来的计算机——生物计算机用生物工程技术消费的蛋白质分子作元件制成集成电路。未来的计算机——量子计算机利用途于多态的原子进展计算。最小的信息单元是一个量子比特。1.2.1计算机硬件系统1.2计算机系统构成冯•诺依曼计算机构造计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。控制信号流数据流计算机系统硬件软件中央处置器运算器控制器存储器内存外存ROMRAM输入输出设备系统软件运用软件磁盘光盘软盘硬盘键盘、鼠标、显示器、打印机、投影仪、扫描仪、摄像头、麦克风、音箱……1.2计算机系统构成用户程序或文档其它系统软件操作系统硬件运用软件是指用户利用计算机及其提供的系统软件为处理各