计算机与计算机系统.

计算机与计算机系统PC时代的开创者冯·诺依曼计算机体系结构计算机系统组成计算机工业生态链计算机与计算机系统计算机发展简史计算机发展简史ENIAC的诞生1计算机发展的几个阶段2计算机的发展趋势3ENIAC的诞生研制电子计算机的想法产生于二战期间。当时激战正酣，主要的武器是飞机和大炮。各国的武器装备跟现在相比差远了。因此，研制和开发新型大炮和导弹显得十分必要和迫切。美国陆军军械部为此成立了“弹道研究实验室”。美国军方要求该实验室每天为陆军炮弹部队提供6张火力表，以便对导弹的研制进行技术鉴定。千万别小瞧这区区6张火力表，它们所需的运算量大得惊人。每张火力表都要计算几百条弹道，而每条弹道的数学模型都是非常复杂的非线性方程组。这些方程组是没有办法求出准确解的，只能用数值方法近似地进行计算。不过即使用数值方法近似求解也不是件容易的事。按当时的计算工具，实验室即使雇用200多名计算员加班加点工作也需要二个多月的时间才能完成一张火力表。这样的速度显然不能满足战争的需要。为了改变这种不利状况，时任宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫希利于1942年提出了研制电子计算机的设想，期望使用电子管代替继电器以提高机器的计算速度。美国军方得知这一设想后，马上拨款大力支持，成立了以莫希利、埃克特为首的研制小组。预算经费为15万美元（实际投资48万），这在当时是一笔巨款。1946年2月14日，世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC宣告研制成功。莫希利和埃克特ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)占地170平米重30吨耗电174千瓦每秒5000次加法（人每秒最多5次），400次乘法，20分钟能够计算出一条弹道，但现在的计算机只需30秒ENIAC在公布的时候，就被当时的新闻赞誉为“巨脑”。它的计算速度比机电机器提高了一千倍。这是一个飞跃，之前没有任何一台单独的机器达到过这个速度。它的数学能力和通用的可编程能力，令当时的科学家和实业家非常激动。ENIAC在1987年被评为IEEE里程碑之一。据说，ENIAC耗电巨大，每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。另外，真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上也极不方便。1946年7月，ENIAC被美国陆军军械兵团正式接受。为了翻新和升级存储器，ENIAC在1946年11月9日关闭，并在1947年转移到了马里兰州的阿伯丁试验场。1947年7月，它在那里重新启动，继续工作到1955年10月2日晚上11点45分。计算机发展的几个阶段第四阶段大规模及超大规模集成电路计算机第一阶段电子管计算机第三阶段集成电路计算机第二阶段晶体管计算机电子管计算机：1946年~20世纪50年代后期逻辑元件：电子管主存：磁鼓辅存：磁带软件：机器语言、符号语言应用：科学计算主要成就：揭开了人类历史新篇章；冯·诺依曼提出了存储程序的思想，以及计算机的逻辑部件和工作过程，奠定了现代计算机体系结构。晶体管计算机：20世纪50年代中期~60年代中期逻辑元件：晶体管主存：磁芯辅存：磁盘软件：高级程序设计语言、操作系统应用：除科学计算外，还应用于数据处理、过程控制主要成就：计算机体积缩小、功耗降低、速度和可靠性提高；发明了高级语言；提出了计算机兼容问题。电子管晶体管与电子管相比，晶体管：体积小了很多功耗明显降低稳定性有了很大提高集成电路计算机：20世纪60年代中期~70年代初期逻辑元件：集成电路主存：半导体辅存：磁盘软件：高级程序设计语言、操作系统应用：科学计算、数据处理、过程控制主要成就：IBM提出了系列机的概念，解决了计算机兼容问题；控制器设计使用了微程序控制技术；结构化设计思想成熟，软硬件设计标准化。集成电路晶体管集成电路（IntegratedCircuit）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体技术。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。目前已达到每平方英寸的芯片上集成1亿个电子元件的集成密度。大规模及超大规模集成电路计算机：20世纪70年代初期~今逻辑元件：大规模、超大规模集成电路主存：大规模、超大规模半导体芯片辅存：磁盘、光盘软件：高级程序设计语言、操作系统应用：科学计算、数据处理、过程控制，计算机在很多领域得到广泛使用主要成就：Intel公司发明了微处理器芯片；微型计算机出现；软件产业高度发展；多媒体技术崛起。第一台微型计算机Altair8800第一块微处理器芯片Intel4004起止年代主要元件主要元件图例速度（次/秒）特点与应用领域第一代1946年～20世纪50年代末电子管5千～1万次体积巨大，运算速度较低，耗电量大，存储容量小；主要用于科学计算。第二代20世纪50年代中～20世纪60年代中晶体管几万～几十万次体积减小，耗电较少，运算速度较高，价格下降；不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务管理，并逐渐用于工业控制。第三代20世纪60年代中～20世纪70年代初中、小规模集成电路几十万～几百万次体积、功耗进一步减小，可靠性和速度进一步提高；应用领域拓展到文字处理、企业管理、自动控制、城市交通管理等方面。第四代20世纪70年代初～至今大规模和超大规模集成电路几千万～几百万亿次性能大幅度提高，价格大幅度下降，广泛应用于社会生活的各个方面，进入办公室和家庭；在办公自动化、电子排版、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统等领域大显身手。计算机的发展趋势无论从硬件结构还是性能等方面讲，计算机已经不再只是进行简单的计算。目前，计算机正朝着巨型化、微型化、网络化和智能化的方向进一步发展。巨型化，计算机的运算速度更高、存储容量更大、功能更强。微型化，计算机或更确切地说是具有信息处理功能的计算部件已经嵌入到诸如仪表、仪器、家用电器、电子消费品等设备中，成为智能电子产品的重要部件。网络化，计算机网络已经成为信息时代的基础设施，计算机与计算机之间的通信越来越频繁。智能化，相比现在的计算机，未来的计算机将可以模拟人的感官和思维，具有逻辑推理能力和学习能力。如同马达之于机械，人们提出了普适计算的概念，即无处不在的计算。其意义在于计算技术将融入人们的日常生活而又不被察觉。在普适计算时代，计算机主要不是以独立的计算设备形态出现，而是将嵌入式处理器、存储器、通信模块和传感器集成在一起，以信息设备的形式出现。下一代计算机无论从体系结构、工作原理，还是器件及制造技术，都将发生颠覆性变革。目前正在研制的生物计算机和量子计算机是迄今为止最新一代的计算机。它们已经从本质上超越了电子计算机。PC时代的开创者蓝色巨人IBM1奔腾之芯Intel2业界罗马帝国Microsoft3蓝色巨人IBMIBM，即国际商用机器公司（InternationalBusinessMachinesCorporation）。因为它的徽标是蓝色的，人们常称之为蓝色巨人。IBM成立于1924年，总部位于美国纽约州阿蒙克市，由老托马斯·沃森创办。但是IBM和外界都把它的历史向前推进30年到19世纪末。ThomasJ.Watson在相当长的一段时间，IBM始终是信息产业的主导力量。在计算机领域，只要抓住IBM一个不经意的疏忽，往往就能成就一番事业。苹果、DEC、微软和Intel的发迹都和IBM有着密切的联系。整个计算机的历史几乎就是年轻人不断挑战IBM的历史。IBM在计算机工业领域成就了辉煌的业绩。•1953年，IBM701作为第一代电子管计算机的标志产品隆重推出；•1954年，IBM650上市，立即成为中型计算机的工业标准；•1954年，IBM推出用于科学计算的大型机IBM704，刮起了强劲的“IBM旋风”；•1959年，IBM全面推出7000系列晶体管计算机；•1961年，IBM转向开发集成电路型计算机，首次提出了“兼容性”的概念；•1964年，IBM系列计算机问世，取得了难以置信的成功，成为第三代计算机的标志；•从1969年开始，美国司法部和IBM打了10年之久的反垄断官司。这场官司的结果之一是IBM必须公开一些技术，从而导致了后来无数IBM-PC兼容机公司的出现。IBM是计算机产业长期的领导者，在大型、小型机和便携机（ThinkPad）方面的成就最为瞩目。其创立的个人计算机标准，至今仍被沿用和发展。2004年，IBM将个人电脑业务出售给中国联想集团，正式标志着从“海量”产品业务向“高价值”业务全面转型。软件方面，IBM软件集团分为软件行业解决方案以及中间件产品，著名产品有SPSS、DB2、Infomix、InforSphere、Lotus、Rational、Tivoli、WebSphere、Systemz等。IBM还在材料、化学、物理等科学领域有很深造诣。硬盘技术即为IBM所发明，扫描隧道显微镜，铜布线技术，原子蚀刻技术也为IBM研究院发明。1976年，没有读完大学的史蒂夫·乔布斯在自家的车库里整出了世界上第一台可以商业化的个人电脑Apple-Ⅰ。观望了4年之后，IBM决定开发个人电脑。为了尽快研制出一台PC，IBM的项目组不得不打破以前自己开发计算机全部软硬件的习惯，采用了Intel公司8086芯片作为处理器，委托微软公司开发操作系统和相关软件。IBM这一不经意的举措给个人计算机带来了颠覆性的变革。在IBM公司公布IBM-PC标准后不久，生产PC兼容机的公司如雨后春笋迅速发展起来。生产微处理器的Intel公司和开发软件的微软公司也因IBM的机缘一夜之间壮大起来。从此，计算机逐渐进入千家万户和各个领域。奔腾之芯IntelIntel公司由戈登·摩尔和罗伯特·诺伊斯于1968年创办，总部位于美国硅谷。其名称源于IntegratedElectronics的缩写。Intel公司是全球最大的半导体芯片制造商。GordonMooreRobertNoyceIntel在早期很长一段时间都是名不见经传的的小公司，其产品被认为低性能、低价格的代表。1980年，IBM为了短平快地搞出PC，懒得自己设计处理器，拿了Intel的8086就直接用上。这一下子，Intel一举成名，从此进入发展的快车道，成为业界翘楚。•1971年，Intel开发出第一个商用处理器Intel4004，开启了微处理器时代；•1978年，Intel开发出8086微处理器，后来成为IBM-PC的CPU；•1985年，Intel推出32位的处理器80386，开启了个人计算机的多媒体时代，Intel凭此处理器一统IBM-PC兼容机的市场；•1993年，Intel的奔腾系列处理器问世，在随后的十年里，Intel推出了很多代的奔腾处理器；•2006年，Intel的酷睿双核处理器问世，酷睿系列处理器几乎成了多核的代名词。Intel曾经的和现在的产品业界罗马帝国MicrosoftMicrosoft公司由比尔·盖茨和保罗·艾伦于1975年创办，公司总部位于美国华盛顿州雷德蒙市，靠近西雅图。其名称由microcomputer和software两部分组成。微软公司几乎垄断了桌面操作系统和大部分办公软件市场。IT行业流传着一句告诫：“永远不要做微软想做的事情”。BillGatesPaulAllen和大多数伟大的公司一样，微软的崛起也是充满了传奇色彩。1980年，IBM公司为了尽快开发出PC，便委托微软公司为其开发操作系统和一些应用软件。微软的操作系统因IBM-PC的成功而崛起。几十年来，Intel牢牢地占据了微机CPU的核心位置，微软的Windows系列操作系统则控制了PC终端。因此，人们把这种格局称之为WinTel体系。微软在PC时代成就了霸业。•1980年，微软为IBM-PC开发DOS操作系统，敲开了软件产业的大门；•1990年，微软推出基于图形界面的Windows3.0操作系统，微软帝国开始形成