20电子计算机的产生发展和应用解析课件.ppt
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1、2020年9月28日1第十九章第十九章电子计算机的产生、电子计算机的产生、发展和应用发展和应用2020年9月28日2序 电子计算机的出现,不仅对数学,而电子计算机的出现,不仅对数学,而且对科学技术和工农业生产都有划时代的且对科学技术和工农业生产都有划时代的意义。意义。“知识爆炸知识爆炸”也罢,也罢,“第三次浪潮第三次浪潮”也罢,无一不涉及电子计算机。因此,电也罢,无一不涉及电子计算机。因此,电子计算机科学已远远超出了数学范围。但子计算机科学已远远超出了数学范围。但由于它的产生、发展和应用与数学联系十由于它的产生、发展和应用与数学联系十分紧密,所以在这里专章简述。分紧密,所以在这里专章简述。20
2、20年9月28日31 电子计算机的诞生、历史的回顾、历史的回顾 任何一种伟大的发明都不是一个早晨突然出现的。手指,结绳,刻痕,石块 计算工具:算筹、算盘 巴斯卡1642年设计并制成了世界上第一台真正的机械式计算机加法器 莱布尼茨研制出一台能进行加、减、乘、除运算的手摇计算机;最早提出了二进制。2020年9月28日4巴贝奇(巴贝奇(C.Babbage,1792-1871)巴贝奇是世界上提出通用程序控制数字计算机设计思想的第一人。巴贝奇在1812年创建“剑桥分析学会”,对19世纪英国数学的复兴贡献良多。巴贝奇为研制他所设计的计算机付出了后半生的主要精力和财产,甚至不惜辞去荣誉极高的卢卡斯教授席位。
3、2020年9月28日5评价 巴贝奇的努力,确如昙花一现。他的思想,只是在一百年后才在电子学电子学发达的二十世纪大放异彩。他没有成功,只是因为他看得更远。只有三个人坚信他。他们是1867年当选为统一意大利总理的闵那布利(F.Menabrea),英国著名诗人拜伦的独生女拉甫雷斯伯爵夫人,第三个就是巴贝奇的儿子。他创造的光辉的精神财富全部被锁进了历史博物馆。巴贝奇是一位孤独的先驱者。2020年9月28日6艾达拜伦(Ada Byron)即拉甫雷斯夫人,诗人拜伦的独生女。她是当时能理解并支理解并支持巴贝奇计算机设计持巴贝奇计算机设计思想的少数人之一。思想的少数人之一。艾伦拜达为巴贝奇的“分析机”编制的某
4、些函数计算程序,开开创了现代程序设计的创了现代程序设计的先河。先河。2020年9月28日72、第一台电子计算机产生的背景 1847年,英国著名数学家布尔创立了逻辑代数,为现代数字计算机的设计和制造奠定了理论基础。特别在本世纪以来,电子技术趋于成熟,电器元件可以作为机器构件来代替齿轮,于是计算机的新时代开始了。在第二次世界大战中,由于战争的迫切需要,火箭、原子能等现代科学技术正迅猛地发展,急需解决一些复杂的计算问题,而继电计算机也远远不能胜任了。于是,电子计算机便应运而生了。2020年9月28日8图灵(图灵(A.Turing,1912-1954)图灵不仅提出了理想计算机的概念,而且参与了实际的计
5、算机设计。他参与研制的“巨人号”(GOLOSSUS)专用电子计算机,在第二次世界大战中,被用于破译德军密码而立下战功,图灵因此荣获英国最高荣誉勋章。2020年9月28日9布尔(布尔(1815.11.2-1864.12.8)英国数学家,逻辑学家,生于爱尔兰的林肯城。曾在中学教书,并创办了一所中学。后获柏林大学和牛津大学的名誉博士学位。1857年被选为英国皇家学会会员,并获皇家奖章。布尔对数学的贡献很大,并是数理逻辑的创始人之一。对概率论、拓扑学、控制系统等也取得了很大成果。2020年9月28日10冯诺依曼与第一台通用程序控制电子计算机ENIAC2020年9月28日11第一台电子计算机 世界上第一
6、台电子计算机是在1943年,由美国宾夕法尼亚大学总工程师埃克特和物理学家莫希莱提出报告,在数学家冯诺依曼的帮助下,于1945年底研制结束,1946年2月15日第一次公开表演,宣告正式运行。这台电子计算机“电子数值积分和自动计算机”,简称ENIAC。ENIAC占地170平方米,重30吨,拥有18000个电子管,每小时耗电150千瓦,费用48万美圆,运算速度为每秒5000次。存在有不能令人满意的地方,但它毕竟是计算工具革命性发展的开始,从而开辟了电子计算机的新纪元。2020年9月28日122 电子计算机的迅速发展 电子计算机从诞生至今,仅有60余年,但它的发展日新月异,现已更新了四代。目前,一些先
7、进国家已着手进行第五代高智能化的电子计算机的研究。2020年9月28日13第一代是电子管时代(第一代是电子管时代(19461956)。)。第一代是电子管时代(第一代是电子管时代(19461956)。)。这一代计算机所采用的电子元件基本上是电子管。其二进制程序贮存等基本技术思想,奠定了现代电子计算机的技术基础。由于这一代计算机的造价高,数量少,应用范围局限于与军事有关的科研计算2020年9月28日14第二代晶体管时代(第二代晶体管时代(19561962)。)。第二代晶体管时代(第二代晶体管时代(19561962)。)。这一代计算机的逻辑元件和逻辑线路均采用分立的晶体管元件。2020年9月28日1
8、5第三代是中小规模集成电路时代第三代是中小规模集成电路时代(19621972)。)。第三代是中小规模集成电路时代(第三代是中小规模集成电路时代(19621972)。)。人们把多个晶体管、电阻器等元件集合为一个整体,做在一个很薄的硅片上,而制成门电路、触发器等具有一定逻辑功能的电路器件,这就是所谓中小规模集成电路。2020年9月28日16第四代是大规模集成电路时代第四代是大规模集成电路时代(1970至今)。至今)。第四代是大规模集成电路时代(第四代是大规模集成电路时代(1970至至今)。今)。一般来说,在一块硅片上集成100个门电路以上或上千个晶体管元件以上的集成电路叫做大规模集成电路。2020
9、年9月28日17第五代人工智能计算机第五代人工智能计算机 现在,人们竞相研制的第五代人工智能计第五代人工智能计算机算机是超大规模集成电路计算机,其集成程度超过10000个门或由达100000个元件的集成电路组成的电子计算机,将突破传统的冯诺依曼的设计思想和传统的技术束缚,而采用与人脑思维并行处理方式相接近的工作方式。它将具有推理学习联想的能力。2020年9月28日18 1958 1958年,中科院计算所研制成功我国第一台小型电子管通年,中科院计算所研制成功我国第一台小型电子管通用计算机用计算机103103机机(八一型八一型),),标志着我国第一台电子计算机的诞标志着我国第一台电子计算机的诞生;
10、生;19651965年,中科院计算所研制成功第一台大型晶体管计算机年,中科院计算所研制成功第一台大型晶体管计算机109109乙,之后推出乙,之后推出109109丙机,该机为两弹试验中发挥了重要作丙机,该机为两弹试验中发挥了重要作用;用;19741974年,清华大学等单位联合设计、研制成功采用集成电路年,清华大学等单位联合设计、研制成功采用集成电路的的DJS-130DJS-130小型计算机,运算速度达每秒小型计算机,运算速度达每秒100100万次;万次;19831983年,国防科技大学研制成功运算速度每秒上亿次的银河年,国防科技大学研制成功运算速度每秒上亿次的银河-I-I巨型机,这是我国高速计算
11、机研制的一个重要里程巨型机,这是我国高速计算机研制的一个重要里程 19851985年,电子工业部计算机管理局研制成功与年,电子工业部计算机管理局研制成功与IBM PCIBM PC机兼容机兼容的长城的长城0520CH0520CH微机;微机;19921992年,国防科技大学研究出银河年,国防科技大学研究出银河-II-II通用并行巨型机,峰通用并行巨型机,峰值速度达每秒值速度达每秒4 4亿次浮点运算亿次浮点运算(相当于每秒相当于每秒1010亿次基本运算操亿次基本运算操作作),为共享主存储器的四处理机向量机,其向量中央处理,为共享主存储器的四处理机向量机,其向量中央处理机是采用中小规模集成电路自行设计
12、的,总体上达到机是采用中小规模集成电路自行设计的,总体上达到8080年代年代中后期国际先进水平。它主要用于中期天气预报;中后期国际先进水平。它主要用于中期天气预报;2020年9月28日19 1993年,国家智能计算机研究开发中心(后成立北京市曙年,国家智能计算机研究开发中心(后成立北京市曙光计算机公司)研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机,光计算机公司)研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机,这是国内首次以基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片这是国内首次以基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片和标准和标准UNIX操作系统设计开发的并行计算机;操作系统设计开发的并行计算机;1995年,曙光公
13、司又推出了国内第一台具有大规模并行处年,曙光公司又推出了国内第一台具有大规模并行处理机理机(MPP)结构的并行机曙光结构的并行机曙光1000(含含36个处理机个处理机),峰值速,峰值速度每秒度每秒25亿次浮点运算,实际运算速度上了每秒亿次浮点运算,实际运算速度上了每秒10亿次浮亿次浮点运算这一高性能台阶。曙光点运算这一高性能台阶。曙光1000与美国与美国Intel公司公司1990年年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近,与国外的差推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近,与国外的差距缩小到距缩小到5年左右;年左右;1997年,国防科大研制成功银河年,国防科大研制成功银河-III百亿次并行巨
14、型计算机百亿次并行巨型计算机系统,采用可扩展分布共享存储并行处理体系结构,由系统,采用可扩展分布共享存储并行处理体系结构,由130多个处理结点组成,峰值性能为每秒多个处理结点组成,峰值性能为每秒130亿次浮点运算,系亿次浮点运算,系统综合技术达到统综合技术达到90年代中期国际先进水平;年代中期国际先进水平;1997至至1999年,曙光公司先后在市场上推出具有机群结构年,曙光公司先后在市场上推出具有机群结构(Cluster)的曙光的曙光1000A,曙光,曙光2000-I,曙光,曙光2000-II超级服务超级服务器,峰值计算速度已突破每秒器,峰值计算速度已突破每秒1000亿次浮点运算,机器规亿次浮
15、点运算,机器规模已超过模已超过160个处理机;个处理机;2020年9月28日20 19991999年,国家并行计算机工程技术研究中心研制的神威年,国家并行计算机工程技术研究中心研制的神威I I计计算机通过了国家级验收,并在国家气象中心投入运行。系统算机通过了国家级验收,并在国家气象中心投入运行。系统有有384384个运算处理单元,峰值运算速度达每秒个运算处理单元,峰值运算速度达每秒38403840亿次;亿次;20002000年,曙光公司推出每秒年,曙光公司推出每秒30003000亿次浮点运算的曙光亿次浮点运算的曙光30003000超超级服务器;级服务器;20012001年,中科院计算所研制成功
16、我国第一款通用年,中科院计算所研制成功我国第一款通用CPUCPU“龙芯龙芯”芯片;芯片;20022002年,曙光公司推出完全自主知识产权的年,曙光公司推出完全自主知识产权的“龙腾龙腾”服务器,服务器,龙腾服务器采用了龙腾服务器采用了“龙芯龙芯-1”CPU-1”CPU,采用了曙光公司和中科,采用了曙光公司和中科院计算所联合研发的服务器专用主板,采用曙光院计算所联合研发的服务器专用主板,采用曙光LINUXLINUX操作操作系统,该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品,在系统,该服务器是国内第一台完全实现自有产权的产品,在国防、安全等部门将发挥重大作用;国防、安全等部门将发挥重大作用;20032
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