计算机未来发展的技术及发展方向计算机与通信工程学院,前沿系列专题课程讲座,计算机发展历史及发展过程 我国计算机技术的发展历程 传统计算机性能发展的瓶颈 未来计算机技术的发展趋势,前沿系列专题课程讲座,计算机发展的历史及发展过程,计算机发展的历史电子计算机发展的过程,中国算盘（汉代）,南北朝时期数学家、 天文学家、机械制造家 祖冲之（429-500）,在大约六、七百年前，中国人发明了算盘，它结合了十进制计数法和一整套计算口诀并一直沿用至今，被许多人看作是最早的数字计算机。,加法计算机(1642年）,法国数学家、物理学家和思想家帕斯卡(16231662 ),1642年，法国数学家、物理学家和思想家帕斯卡发明加法机，这是人类历史上第一台机械式计算机，其原理对后来的计算机械产生了持久的影响。帕斯卡从加法机的成功中得出结论：人的某些思维过程与机械过程没有差别，因此可以设想用机械模拟人的思维活动。,乘法计算机（1673年）,德国数学家莱布尼兹 (16461716),1673年，德国数学家莱布尼兹发明乘法机，这是第一台可以运行完整的四则运算的计算机。莱布尼兹同时还提出了“可以用机械代替人进行繁琐重复的计算工作”的伟大思想，这一思想至今鼓舞着人们探求新的计算机。,差分机（1822年）,英国数学家查尔斯巴贝奇 (1791-1871),1822年，英国数学家巴贝奇发明差分机，专门用于航海和天文计算。这是最早采用寄存器来存储数据的计算机，体现了早期程序设计思想的萌芽。 第一台差分机从设计到制造完成，巴贝奇耗费了整整十年光阴，它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数，当即就演算出好几种函数表。由于当时工业技术水平极低，第一台差分机从设计绘图到机械零件加工，都是巴贝奇亲自动手完成。,分析机（1834年）,巴贝奇分析机部件,现代计算机的设计思想，与100多年前巴贝奇的分析机几乎完全相同。巴贝奇的分析机同现代计算机一样可以编程，而且分析机所涉及到的有关程序方面的概念，也与现代计算机一致。 巴贝奇分析机采用了三个具有现代意义的装置：保存数据的寄存器（齿轮式装置）；从寄存器取出数据进行运算的装置，并且机器的乘法以累次加法来实现；控制操作顺序、选择所需处理的数据以及输出结果的装置。 分析机终于没能造出来，巴贝奇终于失败了。巴贝奇的失败的原因是因为他看得太远，分析机的设想超出了他们所处时代至少一个世纪！使得他们注定要成为的悲剧人物。尽管如此，巴贝奇为电脑科学留下了一份极其珍贵的精神遗产，包括30种不同设计方案，近2000张组装图和50000张零件图，更包括那种在逆境中自强不息，为追求理想奋不顾身的拼搏精神。,霍勒斯制表机（1888年）,美国人赫尔曼霍勒斯,1888年，美国人赫尔曼霍勒斯发明了制表机，它采用穿孔卡片进行数据处理，并用电气控制技术取代了纯机械装置。 1890年，美国人口普查全部采用了霍勒斯制表机。在1900年美国人口普查中，由于采用了制表机，全部统计处理工作只用了1年零7个月时间。 霍勒斯于1896年创立了制表机公司，1911年该公司并入CTR（计算制表记录）公司，这就是著名的IBM公司的前身。1924年，托马斯沃森一世把CTR更名为IBM。,真空电子二极管（1904年）,英国工程师弗莱明,1904年，英国人弗莱明发明真空电子二极管。电子管的诞生，是人类电子文明的起点。弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发现的“爱迪生效应”。,电子三极管（1906年）,美国工程师德弗雷斯特,1906年，美国人德弗雷斯特发明电子三极管，并在研究中发现，三极管可以通过级联使放大倍数大增，这使得三极管的实用价值大大提高，从而促成了无线电通信技术的迅速发展。德弗雷斯特因发明三极管而被称为“无线电之父”。 三极管的发明最初居然被指控为商业诈骗，并被法官判定为一个“毫无价值的玻璃管”。,1941年研制的Z-3型计算机,德国科学家朱斯,1938年，德国科学家朱斯制造出Z-1计算机，这是第一台采用二进制的计算机。在接下来的四年中，朱斯先后研制出采用继电器的Z-2、Z-3和Z-4。 Z-3使用了2600个继电器，它在1944年美军对柏林进行的空袭中被炸毁。,1943年12月“巨人”计算机运行,1943年，英国科学家研制成功第一台“巨人”计算机，专门用于破译德军密码。“巨人”算不上真正的数字电子计算机，但在继电器计算机与现代电子计算机之间起到了桥梁作用。 第一台“巨人”有1500个电子管，5个处理器并行工作，每个处理器每秒处理5000个字母。,MARK-1（1944年）,美国科学家艾肯,1944年，美国科学家艾肯在IBM的支持下，研制成功机电式计算机MARK-I。这是世界上最早的通用型自动机电式计算机之一，它取消了齿轮传动装置，以穿孔纸带传送指令。艾肯研制MARK-1的灵感来自一个世纪以前巴贝奇留下的思想精华 MARK-1外壳用钢和玻璃制成，长15米，高2.4米，自重31.5吨，使用了15万个元件和800公里电线，每分钟进行200次运算。,1946年第一台通用电子计算机ENIAC,埃克特（右）和莫克利（左）因共同研制成功ENIAC而名垂青史,1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅24岁。 ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10件普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。,晶体管（1947）,肖克莱（左）、巴丁（中）、布拉顿（右）于1956年共同获得诺贝尔物理学奖,1947年，贝尔实验室的肖克莱、巴丁、布拉顿发明点触型晶体管；1950年又发明了面结型晶体管。相比电子管，晶体管体积小、重量轻、寿命长、发热少、功耗低，电子线路的结构大大改观，运算速度则大幅度提高。 发明晶体管的肖克莱在加利福尼亚创立了当地第一家半导体公司，这一地区后来被称为硅谷。,1955年第一台晶体管计算机TRADIC,美国贝尔实验室于1955年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC。相比采用定点运算的第一代计算机，第二代计算机普遍增加了浮点运算，计算能力实现了一次飞跃。,1956年第一个高级程序语言FORTRAN,约翰巴克斯,1956年，IBM公司的约翰巴克斯研制成功第一个高级程序语言FORTRAN，它被广泛用于科学计算。,第一个半导体集成电路（1958年）,美国物理学家基尔比（左）和诺伊斯（右）,1958年，美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路。1958年，TI（德州仪器）公司制成第一个半导体集成电路，它是一个助听器。 1969年，法庭判决基尔比和诺伊斯为集成电路的共同发明人，集成电路的专利权属于基尔比，集成电路内部连接技术的专利属于诺伊斯，他们都因此成为微电子学创始人并获得巴伦坦奖章。,计算机历史上最成功的机型之一 IBM S/360 （1964年）,IBM于1964年研制出计算机历史上最成功的机型之一IBM S/360。IBM由于S/360的成功，进一步巩固了自己在业界的地位，“蓝色巨人”IBM几乎成为计算机的代名词。 S/360极强的通用性适用于各方面的用户，它具有“360度”全方位的特点，并因此得名。开发S/360被称为“世纪豪赌”，IBM为此投入了50亿美元的研发费用，远远超过制造原子弹的“曼哈顿计划”的20亿美元。,1968年Intel公司成立,格鲁夫（左）、诺依斯（中）和摩尔（右）是微电子业界的梦幻组合。,Intel公司成立于1968年，格鲁夫（左）、诺依斯（中）和摩尔（右）是微电子业界的梦幻组合。,第一块4位微处理器芯片Intel 4004,特德霍夫,（1971年）,1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。 因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。 4004包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。,1965年摩尔提出“摩尔定律”,“微芯片上集成的晶体管数目每12个月翻一番 ” 1975年，摩尔又修正了摩尔定律，改为每隔24个月，晶体管的数量将翻番。 1965年的时候，芯片上的元件大约只有60种，而现在，英特尔最新的芯片上有几十亿个硅晶体管。,戈登摩尔,世界上第一台微型计算机 Altair 8800（1975年）,1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。,计算机发展的历史及发展过程,电子计算机发展的过程第一代：电子管计算机 第二代：晶体管计算机 第三代：大规模集成电路计算机第四代：超大规模集成电路计算机,第一代电子管计算机,第一代 电子管计算机（19461957)：运算仅为几千到几万次，体积大，耗电、价格昂贵、运算速度和可靠性低，科学计算、机器语言，仅用于军事和科学研究工作中,第二代晶体管计算机,第二代 晶体管计算机（19581964)：运算为几十次、体积相对较小、成本低、功能强、运算速度和可靠性加强，数据处理和自动控制，汇编语言与高级语言，除用于军事和科学研究工作外还用于数据处理和事务处理,第三代大规模集成电路计算机,第三代 大规模集成电路（19651970)：体积、耗电量相对进一步减小，运算速度和可靠性进一步提高，对计算机程序设计语言进行了标准化工作，并提出了计算机结构化程序设计思想。使用了操作系统，应用更加广泛。,第四代超大规模集成电路计算机,第四代 超大规模集成电路(1970年以后）：体积小、耗电量大大减少，已经看不到电路。计算机的运算器、控制器等核心部件集成在一个集成电路芯片上（CPU），运算速度和可靠性进一步提高，速度可达到几百万到亿次，应用进入网络时代。,我国计算机技术的发展过程,我国计算机的研制起步比较晚，从1952年中科院数学组成立第一个电子计算机研究小组，到现在的近50年的时间里，我国计算机的研制从一无所有，到现在拥有自主研发的世界上运算速度最快的“天河一号”超级计算机，实测运算速度达到每秒2570万亿次。,华罗庚和我国第一个计算机科研小组,华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一。当冯诺依曼开创性地提出并着手设计存储程序通用电子计算机时，正在美国大学工作的华罗庚教授参观过他的实验室，并经常与他讨论有关学术问题。华罗庚教授1950年回国，1952年在全国大学院系调整时，他从清华大学电机系物色了三位科研人员在他任所长的中国科学院数学所内建立了中国第一个电子计算机科研小组。1956年筹建中科院计算技术研究所时，华罗庚教授担任筹备委员会主任。,我国第一代电子管计算机研制103机,1958年8月1日研制成功了我国第一台数字电子计算机103机。这台运算速度为每秒30次的电子管计算机，填补了我国现代电子计算机的空白。,第一台大型通用电子计算机（104机）,1959年10月1日宣布诞生的我国第一台大型通用数字电子计算机104机，平均每秒运算1万次。本机以前苏联当时正在研制的-II计算机为蓝本，在前苏联专家的指导下完成。,第一台自行设计通用数字电子计算机 107机,1960年研制成功的我国第一台自行设计的通用数字电子计算机 107计算机，平均每秒运算250次 。,第三代基于中小规模集成电路 的计算机研制 757机,我国第三代计算机的研制受到文化大革命的冲击。直到1970年初期才陆续推出大、中、小型采用集成电路的计算机。1973年，北京大学与北京有线电厂等单位合作研制成功运算速度每秒100万次的大型通用计算机。进入80年代，我国高速计算机，特别是向量计算机有新的发展。1983年中国科学院计算所完成我国第一台大型向量机757机，计算速度达到每秒1000万次。,