1、计算机的过去、现在与未来,人类追求的计算工具,计算机概述,第一台电子计算机：埃尼阿克,第一台电子计算机：埃尼阿克,第一台计算机主要用于军事领域的科学计算。,世界上第一台现代电子计算机“埃尼阿克”（ ENIAC），诞生于1946年2月14日的美国宾夕法尼亚大学，这个庞然大物为来宾表演了它的“绝招”在1秒钟内进行了5000次加法运算，这比当时最快的继电器计算机的运算速度要快1000多倍。 它包含了17,468 真空管7,200水晶 二极管, 1,500 中转, 70,000 电阻器, 10,000 电容器，1500继电器，6000多个开关，耗电量150千瓦，造价48万美元。 ENIAC长30.48
2、米，宽1米，占地面积约170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，这一组数据，可想而知是多么的笨重。,电子计算机的发展,第一代电子计算机,又称“电子管计算机”。以电子管为主要电路元件的电子计算机。第一台电子管计算机于1946年在美国制成，取名埃尼阿克(eniac)。1946-1957年生产的电子计算机都是第一代电子计算机。,第二代电子计算,第二代电子计算机采用晶体管制造的电子计算机。国外第二代电子计算机的生存期大约是1957-1964年。其软件开始使用面向过程的程序设计语言，如fortran、algol等。中国第一台晶体管计算机于1967年制成，运算速度为每秒五万次。
3、,第三代电子计算机,采用集成电路制造的电子计算机。1964年开始出现，60年代末大量生产。其机种多样化、系列化，外部设备品种繁多，并开始与通信设备相结合而发展为由多机组成的计算机网。运算速度可达每秒几百万次，甚至几千万次、上亿次。中国于1970年研制成第一台集成电路计算机。,第四代电子计算机,1967年和1977年分别出现了大规模和超大规模集成电路。由大规模和超大规模集成电路组装成的计算机，被称为第四代电子计算机。美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。1975年，美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机，随后
4、日本富士通公司生产出M-190机，是比较有代表性的第四代计算机。,计算机的分类,计算机,按处理数据,数字式计算机,模拟式计算机,数字模拟混合,按用途分类,通用计算机,专用计算机,按规模分类,巨型机,大型机,小型机,微型机,工作站,1、运算速度快,计算机的特点,2、存储容量大,3、具有逻辑判断能力,4、能进行自动控制,5、计算精度高,1. 信息处理,信息处理是指对各种信息进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用和传播等一系列活动的统称。,计算机的应用,计算机为什么又称为电脑？,因为计算机和人的大脑一样也是信息采集、加工、处理的器官。,计算机是一种信息处理机。,2. 科学计算 （数值计算） 早
5、期的计算机主要用于科学计算。目前在航天、汽车、造船和建筑等工程技术领域中，计算工作量往往是很大的。借助于计算机完成这些复杂的计算以是必经只路。,3. 计算机辅助设计/辅助制造,计算机辅助设计简称CAD。计算机辅助制造简称CAM。CAD只利用计算机实现工程设计自动化缩短设计周期，提高设计质量。利用CAM输出的信息控制生产过程的自动加工成为CAM,4. 过程控制,过程控制是利用计算机检测生产现场，采集现场数据。根据采集的数据按一定算法调整生产现场执行机构，用以控制产平的质量。,5. 计算机模拟,计算机模拟是指利用计算机程序和相应的设备模拟实际环境，用于实验或训练。,6. 计算机辅助教学CAI,随着
6、多媒体 技术和网络技术的发展，网上教学和远程教育以在许多学校展开。,计算机的发展趋势,CRAY-,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。,银河,计算机发展巨型化,Altair 8800,计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。,计算机发展微型化,计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。,计算机发展网络化,“总有一天，人类会造出一些举止跟人
7、一样的没有灵魂的机械来”。 笛卡尔（1637）,第一代机器人机械手（1962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”,计算机发展智能化,智能手机的代表,操作系统：Android OS v2.2CPU型号 ：NVIDIA Tegra2CPU频率：1024MHz可用空间 16GB内存 ：1GB ROM+1GB RAM主屏尺寸： 4.0英寸,下一代计算机,随着计算机技术的发展，它已经成为我们工作上的工具，生活中的控制中心是必然的事情。计算机的未来充满了变数。性能的大幅度提高是不可置疑的，而实现性能的飞跃却有多种途径。不过性能的大幅提升并不是计算机发展的唯一
8、路线，计算机的发展，还应当变得越来越人性化，同时也要注重环保等等。基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台。但一些新的计算机正在跃跃欲试地加紧研究，这些计算机是：超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算机等。,摩尔定律,微芯片上集成的晶体管数目每18个月翻一番，价格降低一半,第五代电子计算机,从20世纪80年代开始，日本、美国、欧洲等发达国家都宣布开始新一代计算机的研究。人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模拟人的智能行为，理解人类自然语言，并继续向着微型化、网络化发展。综合起来大概有以下几个研究方向。人工智能计算机巨型计算机多处理机激光计算机超导计算机生物晶体计算
9、机（DNA计算机）量子计算,超导计算机,芯片的集成度越高，计算机的体积越小，这样才不致因信号传输而降低整机速度。但这样一来就使机器发热严重。解决问题的出路是研制超导计算机。电流在超导体中流过时，电阻为零，介质不发热。1962年，英国物理学家约瑟夫逊提出了“超导隧道效应”，即由超导体绝缘体超导体组成的器件（约瑟夫逊结），当对其两端加电压时，电子就会像通过隧道一样无阻挡地从绝缘介质穿过，形成微小电流，而该器件两端的压降几乎为零。与传统的半导体计算机相比，使用约瑟夫逊器件的超导计算机的耗电量仅为其几千分之一，而执行一条指令所需的时间却要快100倍。1999年11月，日本超导技术研究所与企业合作，制作
10、了由1万个约瑟夫逊元件组成的超导集成电路芯片。据悉，该所定于2003年生产这种超导芯片，2010年前后制造出这种超导计算机。,纳米计算机,在纳米尺度下，由于有量子效应，硅微电子芯片便不能工作。其原因是这种芯片的工作，依据的是固体材料的整体特性，即大量电子参与工作时所呈现的统计平均规律。如果在纳米尺度下，利用有限电子运动所表现出来的量子效应，可能就能克服上述困难。可以用不同的原理实现纳米级计算，目前已提出了四种工作机制：（1）电子式纳米计算技术；（2）基于生物化学物质与DNA的纳米计算机；（3）机械式纳米计算机；（4）量子波相干计算。它们有可能发展成为未来纳米计算机技术的基础。,光子计算机,与传
11、统硅芯片计算机不同，光计算机用光束代替电子进行计算和存储：它以不同波长的光代表不同的数据，以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。研制光计算机的设想早在20世纪50年代后期就已提出。1986年，贝尔实验室的戴维.米勒研制成功小型光开关，为同实验室的艾伦.黄研制光处理器提供了必要的元件。1990年1月，黄的实验室开始用光计算机工作。光计算机有全光学型和光电混合型。上述贝尔实验室的光计算机就采用了混合型结构。相比之下，全光学型计算机可以达到更高的运算速度。研制光计算机，需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。现有的光学“晶体管”庞大而笨拙，若用它们造成台式计算
12、机将有辆汽车那么大。因此，要想短期内使光学计算机实用化还很困难。,DNA计算机,1994年11月，美国南加州大学的阿德勒曼博士用DNA碱基对序列作为信息编码的载体，在试管内控制酶的作用下，使DNA碱基对序列发生反应，以此实现数据运算。阿德勒曼在科学上公布了DNA计算机的理论，引起了各国学者的广泛关注。阿德勒曼的计算机的计算与传统的计算机不同，计算不再只是简单的物理性质的加减操作，而又增添了化学性质的切割、复制、粘贴、插入和删除等种种方式。 DNA计算机的最大优点在于其惊人的存储容量和运算速度：1立方厘米的DNA存储的信息比一万亿张光盘存储的还多；十几个小时的DNA计算，就相当于所有电脑问世以来
13、的总运算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有电子计算机的一百亿分之一。 与传统的“看得见、摸得着”计算机不同，目前的DNA计算机还是躺在试管里的液体。它离开发、实际应用还有相当的距离，尚有许多现实的技术性问题需要去解决。,量子计算机,量子计算机以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，利用原子的量子特性进行信息处理。由于原子具有在同一时间处于两个不同位置的奇妙特性，即处于量子位的原子既可以代表0或1，也能同时代表0和1以及0和1之间的中间值，故无论从数据存储还是处理的角度，量子位的能力都是晶体管电子位的两倍。对此，有人曾经作过这样的比喻：假设一只老鼠准备绕过一只猫，根据经典物理学理论，它要么从
14、左边过，要么从右边过，而根据量子理论，它却可以同时从猫的左边和右边绕过 量子计算机在外形上有较大差异，它没有盒式外壳；看起来像是一个被其它物质包围的巨大磁场；它不能利用硬盘实现信息的长期存储；但高效的运算能力使量子计算机具有广阔的应用前景。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。这些计算机机异常敏感，哪怕是最小的干扰-比如一束从旁边经过的宇宙射线-也会改变机器内计算原子的方向，从而导致错误的结果。目前，量子计算机只能利用大约5个原子做最简单的计算。要想做任何有意义的工作都必须使用数百万个原子,人工智能,人工智能是人造的智能,是计算机科学、逻辑学、认知科学
15、交叉形成的一门科学。其基本目标就是使机器表现出类似人类的智慧,使机器具有类似人类的智能行为,使机器思维(Making Machine“Think”)。智能接口技术是研究如何使人们能够方便自然地与计算机交流。为了实现这一目标，要求计算机能够看懂文字、听懂语言、说话表达，甚至能够进行不同语言之间的翻译，而这些功能的实现又依赖于知识表示方法的研究。,因此，智能接口技术的研究既有巨大的应用价值，又有基础的理论意义。目前，智能接口技术已经取得了显著成果，文字识别、语音识别、语音合成、图像识别、机器翻译以及自然语言理解等技术已经开始实用化。,计算机正在改变我们的生活,计算机自动控制技术,计算机在航空航天方
16、面的应用,计算机在军事上应用广泛,国际互联网让人们生活联系更加紧密,众所周知的,你可能不知道的,计算材料学,网络有风险，进入需谨慎,网络欺诈,网络犯罪,合理利用网络,认识了解网络，掌握基本的网络知识，充分利用计算机与互联网给我们带来的各方面的便利条件；学会鉴别各种网络行为，辨别来自各方的信息，谨慎对待网友的各种请求，同时谨慎进行互联网活动，对自己的言行负责；了解基本的计算机与网络的防护知识，尽力做好自己的计算机设备以及个人资料不被非法盗用，保护自己的隐私和财产；,我国计算机的发展,1958年研制出第一台电子管计算机1964年研制出第二代晶体管计算机1971年研制出第三代集成电路计算机1977年研制出第一台微机DJS0501983年研制成功银河亿次机（第四代计算机）2002年9月联想集团研制成功“深腾1800”计算机，运算速度超过1万亿次/秒2003年12月，我国自主研发出国内最快、世界第三的10万亿次曙光4000A高性能计算机 2010年，中国国防科大研制的“天河一号”在高性能计算机排行榜上位列第一，曙光公司部署在深圳计算中心的“星云”排行第三；,
