第2章 计算机的发展及应用

第２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－现在五10000000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第一台vonNeumann系统结构的计算机2.1IBMSystem／360

2.12.1最快的五台超级计算机（截止到2013.06）1.中国天河-2

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2.美国Titan2.1最快的五台超级计算机（截止到2013.06）2.13.美国Sequoia最快的五台超级计算机（截止到2013.06）2.1最快的五台超级计算机（截止到2013.06）4.日本KComputer

2.1最快的五台超级计算机（截止到2013.06）5.美国Mira2.1最权威的超级计算机排名的参考网址

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GordonMoore提出当价格不变时，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个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。2.1Intel公司的典型微处理器产品80808位1974年808616位1979年2.9万个晶体管8028616位1982年13.4万个晶体管8038632位1985年27.5万个晶体管8048632位1989年120.0万个晶体管Pentium64位（准）1993年310.0万个晶体管PentiumPro64位（准）1995年550.0万个晶体管PentiumⅡ64位（准）1997年750.0万个晶体管PentiumⅢ64位（准）1999年950.0万个晶体管PentiumⅣ64位2000年4200.0万个晶体管2.1

2007年芯片上可集成3

亿

5

千万

个晶体管预计

2010年芯片上可集成8

亿

个晶体管1972年,8008频率为200Khz，晶体管的总数已经达到了3500个，能处理8比特的数据。Inteli7/i5CPU,晶体管数量：7亿,CPU主频3.0GHz=300KHz*10000针脚数：1366微处理器发展的瓶颈1、硅芯片的集成度受物理极限的制约，不可能无止境的提高。目前认为8nm左右是硅芯片极限。Intel已在实验室达到了14nm。

解决办法：新材料，例如：石墨烯2、线宽减少带来的成本问题、功耗问题。

3、CPU的频率不可能无止境的提高。理论值：7.5GHz嵌入式处理器世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种。包括：Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等这些处理器被广泛应用于嵌入式设备中。例如：手机、可穿戴设备等绝大部分的嵌入式处理器制造商如三星、Nvidia、Ti、以及高通等都是ARM的客户，他们都是采用由ARM公司提供的核心架构，如ARM9、ARM11、ARMCortexA8/A9等三、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

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2.13.软件发展的特点⑴开发周期长⑵制作成本昂贵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2.12012美国市值最大的Top10家公司2014年（截至2月24日）中国市值最大的Top10家公司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4.物联网5.智慧城市6.可穿戴设备四、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、线延迟三、？替代传统的硅芯片1.光计算机2.DNA生物计算机3.量子计算机利用光子取代电子进行运算和存储，2008年，Intel在实验室达到了340GHz通过控制DNA分子间的生化反应利用原子所具有的量子特性2.3DNA计算机有着很多优点，比如：1）体积小。其体积之小，可同时容纳1万亿个此类计算机于一支试管中。2）存贮量大。1立方米的DNA溶液，可以存贮1万亿亿的二进制数据。1立方厘米空间的DNA可储存的资料量超过1兆片CD容量。3）运算快。其运算速度可以达到每秒10亿次，十几个小时的DNA计算，相当于所有电脑问世以来