大学计算机基础教程（第13版）课件 第1章 计算机的诞生与发展

计算机的诞生与发展第1章主要内容1.2计算机的发展1.1电子计算机的诞生1.1电子计算机的诞生电子计算机的问世1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来

ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节1.1电子计算机的诞生第一台数字电子计算机

ENIAC(埃尼阿克）：1946年诞生在美国宾夕法尼亚大学，元器件为：18000支电子管、70000个电阻、10000支电容，性能为重30吨，耗电150千瓦，速度5000次加减运算/秒；用途：火炮弹道计算。该计算机不具备“存储程序”的功能。

冯.诺依曼结构：采用二进制表示数据或指令计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成指令存储在计算机内且能自动执行1.1电子计算机的诞生1.2.1电子计算机的发展历程1.2.2微型计算机的发展1.2计算机的发展1.2.3我国计算机技术的发展

第一代电子管，磁鼓、磁芯，几千～几万次，数据处理、科学计算，机器语言和汇编语言

第二代晶体管，磁芯、磁盘，几十万～几百万次，科学计算、数据处理、工业控制，高级语言FORTRAN、COBOL、ALGOL60等

第三代中、小规模集成电路，半导体存储器，几百万～千万次，应用在各个领域，在硬件设计上实现了系列化、通用化和标准化，软件形成了操作系统、编译系统和应用程序

第四代大规模和超大规模集成电路，半导体存储器，几万亿～十万亿次，出现了微型计算机，应用到各行各业，正向多媒体计算机和计算机网络发展1.2.1电子计算机的发展历程时代年份器件软件应用一46-58电子管机器语言汇编语言科学计算二58-64晶体管高级语言数据处理工业控制三64-71集成电路操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域1.2.1电子计算机的发展历程5．第五代计算机：智能计算机

第五代计算机指具有人工智能的新一代计算机，它具有推理、联想、判断、决策、学习等功能。

第五代计算机的系统设计中考虑了编制知识库管理软件和推理机，机器本身能根据存储的知识进行判断和推理。同时，多媒体技术得到广泛应用，使人们能用语音、图像、视频等更自然的方式与计算机进行信息交互。智能计算机的主要特征是具备人工智能，能像人一样思维，并且运算速度极快，其硬件系统支持高度并行和推理，其软件系统能够处理知识信息。神经网络计算机（也称神经元计算机）是智能计算机的重要代表。

第五代计算机系统结构将突破传统的冯·诺依曼的体系结构。这方面的研究课题应包括逻辑程序设计机、函数机、相关代数机、抽象数据型支援机、数据流机、关系数据库机、分布式数据库系统、分布式信息通信网络等。1.2.1电子计算机的发展历程6．第六代计算机：生物计算机研究人员发现，脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构能容纳巨量信息，其存储量相当于半导体芯片的数百万倍。一个蛋白质分子就是存储体，而且阻抗低、能耗小、发热量极低。基于此，利用蛋白质分子制造出基因芯片，研制生物计算机（也称分子计算机、基因计算机），已成为当今计算机技术的最前沿。生物计算机比硅晶片计算机在速度、性能上有质的飞跃，被视为极具发展潜力的“第六代计算机”。

与普通计算机不同的是，由于生物芯片的原材料是蛋白质分子，所以，生物计算机芯片既有自我修复的功能，又可直接与生物活体结合。同时，生物芯片具有发热少、功能低、电路间无信号干扰等优点。

生物计算机与以逻辑处理为主的第五代计算机不同，它本身可以判断对象的性质与状态，并能采取相应的行动，而且它可同时并行处理实时变化的大量数据，并引出结论。以往的信息处理系统只能处理条理清晰、经络分明的数据。而人的大脑活动具有能处理零碎、含糊不清信息的灵活性，第六代电子计算机将类似人脑的智慧和灵活性。1.2.1电子计算机的发展历程20世纪70年代出现了微型计算机。微型计算机开发的先驱是两个年青的工程师，美国英特尔（Intel）公司的霍夫（Hoff）和意大利的弗金（Fagin）。霍夫首先提出了可编程通用计算机的设想，这个设想首先由弗金实现。

凡由集成电路构成的中央处理器（centralprocessingunit，CPU），人们习惯上称为微处理器（microprocessor）。由不同规模的集成电路构成的微处理器，形成了微型计算机的几个发展阶段。从1971年世界上出现第一个4位的微处理器Intel4004算起，至今微型计算机的发展经历了6个阶段。1.2.2微型计算机的发展（1）第一代微型计算机

第一代微型计算机是以4位微处理器和早期的8位微处理器为核心的微型计算机。4位微处理器的典型产品是Intel4004/4040。第一代产品采用了PMOS工艺，字长4位或8位，指令系统简单，速度慢。微处理器的功能不全，实用价值不大。早期的8位微处理器的典型产品是Intel8008。（2）第二代微型计算机1973年12月，Intel8080的研制成功，标志着第二代微型计算机的开始。其特点是采用了NMOS工艺，集成度比第一代产品提高了一倍。1976—1977年，高档8位微处理器以Z80和Intel8085为代表，使运算速度和集成度又提高了一倍，已具有典型的计算机体系结构及中断、直接数据存取等控制功能，指令系统比较完善。它们所构成的微型计算机的功能显著增强，最著名的是Apple公司的AppleⅡ，软件可以使用高级语言进行交互式会话操作，此后微型计算机的发展开始进入全盛期。1.2.2微型计算机的发展（3）第三代微型计算机1978年，Intel公司推出第三代微处理器代表产品Intel8086，1979年又推出了Intel8088，同年Zilog公司也推出了Z8000。这些微处理器都是16位微处理器，采用HMOS工艺，各方面的性能比第二代又提高了一个数量级。由它们构成的微型计算机具有丰富的指令系统，采用多级中断、多重寻址方式、段式寄存器结构，并且配有强有力的系统软件。1982年，Intel公司在8086的基础上又推出了性能更为优越的80286，80286微处理器芯片的问世，使20世纪80年代后期286微型计算机风靡全球。（4）第四代微型计算机1985年10月，Intel公司推出了32位字长的微处理器Intel80386，标志着第四代微型计算机的开始。1989年，研制出的80486，把80386的浮点运算处理器和8KB的高速缓存集成到一个芯片，并支持二级Cache，极大地提高了内存访问的速度。用该微处理器构成的微型计算机的功能和运算速度完全可以与20世纪70年代的大中型计算机相匹敌。1.2.2微型计算机的发展（5）第五代微型计算机1993年Intel公司推出了更新的微处理器芯片Pentium，中文名为“奔腾”。随后Intel公司又陆续推出了ClassicPentium（经典奔腾）、PentiumPro（高能奔腾）、PentiumMMX（多能奔腾，1997年初）、PentiumII（奔腾二代，1997年5月）、PentiumIII（奔腾三代，1999年）和PentiumIV（奔腾第四代产品，2001年）的微型计算机。在Intel公司各阶段推出微处理器的同时，各国厂家也相继推出与奔腾微处理器结构和性能相近的微型机。（6）第六代微型计算机2006年Intel公司推出了酷睿系列的64位双核微处理器Core2，之后Intel和AMD公司又相继推出了四核的处理器。2008年11月，Intel公司推出了第一代智能酷睿Corei系列，其性能相较之前的产品提升了20%～30%。

随着人工智能的发展，对CPU的性能提出了更高的要求，传统的CPU也在紧跟时代的脚步，全方位拥抱AI。2023年初，Intel发布了第四代至强(SapphireRapids)，年底就升级为第五代至强(EmeraldRapids)，主要就是为了跟上AI的需求，并且很多指标也是为此而优化的。1.2.2微型计算机的发展1956年国家制定12年科学规划时，把发展计算机、半导体等技术学科作为重点1958年组装调试成第一台电子管计算机（103机）1959年研制成大型通用电子管计算机（104机）1960年研制成第一台自己设计的通用电子管计算机（107机）1964年，我国开始推出第一批晶体管计算机。1971年，研制成第三代集成电路计算机。1974年后，DJS-130晶体管计算机形成了小批量生产。1982年，采用大、中规模集成电路研制成16位的DJS-150机。1983年，长沙国防科技大学推出向量运算速度达1亿次的银河Ⅰ巨型计算机。1.2.3我国计算机技术的发展

进入20世纪90年代，我国的计算机开始步入高速发展阶段，不论是大型、巨型计算机，还是微型计算机，都取得长足的发展。其中，作为代表国家综合实力象征的巨型机领域，我国已经处在世界的前列。1.2.3我国计算机技术的发展

我国目前已经将重心放到了更为先进的量子计算领域。中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟教授带领的团队所研发的“九章”系列超算，一次次刷新了光量子信息技术水平，根据公开的数据显示，九章三号处理最复杂的样本仅需要百万分之一秒，而利用超算却需要两百亿年才能处理完成。在量子计算领域，中国已经问鼎世界。

软件方面，1992年我国的软件产业销售额仅为43亿元，2001年我国的软件产业销售额达796亿元。到2002年8月，我国通过认定的软件企业为4200家，销售额超亿元的有十几家，登记的软件产品达9830个，共有各类软件从业人员近50万。2