计算机发展史及发展趋势讲座

计算机发展史2013.4

计算机与电气自动化学院 刘明信

计算机发展史

人类计算所使用的工具是随着生产的发展和社会的进步，从简单到复杂，从低级到高级的发展过程，计算工具相继出现了如算盘、计算尺、手摇机械计算机、电动机械计算机等。

计算机发展史 这是 1946 年在美国诞生的世界上第一台电子计

算机 ENICA 。占地 170 平米，重量 30 吨，使用了 18800 个电子管，功耗 140 千瓦，运算速度达到每秒能进行 5000 次加法或者 300 次乘法。然而， 2008 年

世界上最快的 计算机已经达 到每秒千万亿次 。

计算机发展史 电子计算机在短短的 60 多年里经历

了电子管、晶体管、集成电路 (IC) 、超大规模集成电路 (VLSI) 四个阶段的发展，使计算机的体积越来越小、速度越来越快、功能越来越强、价格越来越低，应用越来越广泛，目前正朝着智能化 ( 第五代 ) 计算机方向发展。

第一代电子计算机 第一代电子计算机是从 1946 年—

1953 年。它们体积较大，运算速度较低，存储容量不大，而且价格昂贵。使用也不方便。

主要用于科学计算，重要研究部门等。

第二代晶体管计算机 第二代计算机是从 1954 年— 1963 年。它们

全部采用晶体管作为电子元器件，其运算速度比第一代要提高近百倍。体积为原来的几十分之一。

在软件方面，开始使用计算机算法语言。 不仅应用于科学计算，还用于数据处理、事

务处理及工业控制。

第二代晶体管计算机

第三代集成电路计算机 第三代计算机是从 1964 年— 1971 年。 这一时期主要特征是以中、小规模集成电路

为电子元器件，而且出现了操作系统，使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。

它们不仅应用于科学计算，还应用于文字处理、企业管理、自动控制等领域；出现了计算机技术与通讯技术相结合的信息管理系统；生产管理、通讯管理、情报检索等。

第三代集成电路计算机 1964 年， IBM 公司的 IBM360 计算机问世。 这是第三代计算机正式登上历史舞台。

第三代集成电路计算机

第四代超大规模集成电路计算机 第四代计算机是从 1971 年—现在。从 1970

年开始在计算机技术上采用大规模集成电路(LSI) 和超大规模集成电路 (VLSI) 为主要电子元器件制成的计算机。

第四代计算机的最典型代表就是微型计算机，即 PC 机（个人电脑）。

第四代超大规模集成电路计算机 特点： 体积越来越小 功能越来越强

计算机发展史及发展趋势讲座

计算机发展趋势2013.4

计算机与电气自动化学院 刘明信

英国未来学家预测未来 30 年高科技发展前景

杨 .皮尔逊预言 2005年，人工智能的研究将有重大突破；2006年，互动玩具将平等地同孩子们交往；2007年，仿真机器人将取代工厂里的工人。

2011年，所有的程序都将由机器来承担。 2015年，管理家务和医院看病都是机器人。

“具有人类智慧”的机器人将应用于人类生活的各个领域，人们已离不开它们。太空旅游将成为家常便饭。

英国未来学家预测未来 30 年高科技发展前景

2018年，人工智能机将获诺贝尔奖。 2020年，电子生命形态将受到法律保护。 2030年，电子生命在智力和体力上都将

超过人类，而且多半不再接受创造者的支配。

计算机的发展方向 巨型化计算机 微型化计算机 网络化计算机 智能化计算机 个性化计算机

巨型计算机

巨型计算机 巨型计算机的应用 巨型计算机发展前景

巨型计算机 巨型计算机也称超级计算机一般指其所在

时代里性能最强、规模最大、技术最新的计算机。

以往巨型机用于科学计算和军事应用，现在已渗透到经济领域。如经济模型、数值模拟等。

巨型机研制水平和应用能力已成为衡量一个国家经济实力和科技水平的重要标志之一，对国家安全和科技发展起着极其重要的作用。

巨型计算机 美国研制出“最快”计算机“泰坦”，现 500

强排名第一。有 200 个机柜， 299008 个CPU ， 18688 个 GPU （协处理器），每秒运算 20 千万亿次。

巨型计算机 日本“京”超级计算机，现 500 强排名第

二，它有 70 万个 CPU ，造价在 12.5 亿美元，每秒运算速度 1.051 亿亿次。

巨型计算机 “天河一号”超级计算机，有 186368 个

CPU ，其中的一部分是国产的，每秒运行 1千万亿次以上，现已经在 500 强的前十。

天河一号的重大影响 美国斯坦福大学计算机系主任、 NVIDIA 公

司首席科学家比尔 ·戴利 (Bill Dally)说：“中国的天河计算机采取的 CPU 与 GPU融合的结构代表了未来高性能计算机的发展趋势。”

德国 Prometeus 公司咨询专家、世界计算机500 强排行榜代表霍斯特 .基尔特 (Horst Giet)说：“研制千万亿次计算机是很难的，中国在这方面将有所斩获。”

实际上，天河一号在 2010 年的 500 强排行榜上已进入前十。

巨型计算机 曙光“星云”超级计算机

巨型机应用领域 应用十分广泛，主要包括： -- 计算密集型 ( 如大规模工程计算和数值模拟 )

-- 数据密集型 ( 如数据仓库和数据采集 )

-- 通讯密集型 ( 如协同工作和远程遥控 ) 巨型机的出现使以前无法完成的复杂计算

( 如热核聚变反应的模拟、天体运动的模拟、气象观测数据处理等 ) 成为可能，促进科学计算的发展。

巨型机的发展前景 巨型机的总装机量和总计算能力已成为一

个国家发达程度和综合国力的象征。 人类对高性能计算机的处理性能需求是永无止境的。

中国在高性能超级计算机的研制上与发达国家的差距正在迅速的缩小。

计算机的发展方向 巨型化计算机 微型化计算机 网络化计算机 智能化计算机 个性化计算机

微型计算机 微型计算机

微型计算机的应用

微型计算机的发展趋势

微型计算机 微型计算机就是我们常说的个人电脑。

微型计算机的应用领域极其广泛，如报表管理、文字处理、信息管理、通讯管理以及工业控制等各个领域。

PC 机、 PAD 机、手机

微型机的发展趋势 进一步提高集成度，利用高性能的超大规模集

成电路研制质量更加可靠、性能更加优良、价格更加低廉整机更加小巧的微型计算机，如腕式计算机。

微型计算机发展趋势 趋势之一：更小 趋势之二：更个性化 趋势之三：更聪明 趋势之四：更廉价 趋势之五：更“无线”（“无限”）

趋势之六：更普遍 趋势之七：更时尚

趋势一、更小

趋势二、更个性化

趋势三、更聪明

趋势四、更廉价100 美元以下：规格：500MHzCPU

1GB内存双模式显示专为贫困国家的儿童设计

趋势五、更“无线”（无限） 在任何地点与任何机器交流 互联网、 PAD 、驾乘的汽车、多媒体、家用

电器、无缝对接。

趋势六、更普及 未来 PC 机无处不在 电脑厂商达成共识： PC 机发展的大方向将是一个无所不在的运算环境，未来的电脑将与具有电脑功能的家电以及公共设施一起构成统一的运算环境（未来的 PC 机也不是现在的摸样）。

机场、车站、码头、商场、手中的 IT设备、红外技术，联网。

趋势七、更时尚 永远走在时尚的前列。 苹果的” iMac” 即为未来发展趋势之一。

不要塑料，要钛金、铝金材料 显示器的能耗越来越小，分辨率越来越

高，可以弯曲、可以折叠。

关于微型计算机的结论 微型计算机将会像手机一样普及和应用

它会像 PDA( 个人数据接口 ) 一样随身携带、随时使用

它甚至会缩小到植入人体器官中或日常用品中发挥计算功能

……….

计算机的发展方向

巨型化计算机 微型化计算机 网络化计算机 智能化计算机 个性化计算机

网络化计算机

网络化计算机

网络化计算机的应用

网络计算机的发展趋势

网络化计算机 网络前景的七大预测：这是贝尔实验室总裁

在 2000 年贝尔中国研究院成立时，曾对因特网的未来发展趋势做出七大预测。

预测一： 2025 年地球披上一层“通讯外壳” 预测二：设备通讯量将超过人与人的通讯量 预测三：带宽的成本将变得非常低 预测四：个人及企业将获得大量个性化服务 预测五：因特网是个更加聪明的高智商网络 预测六：这种网络是人与信息的高层调节者 预测七：这是一个充满虚拟性的新时代

互联网发展的三个阶段 比尔 .盖茨曾说过：互联网将进入第三阶段。 对于企业，前两个阶段是： 第一阶段：最关心你是否设立了网站，点击的人数多不多，点击率如何等。

第二阶段：公司必须进行电子商务，经营者开始注意网上交易的营业额。

对于个人，前两个阶段是： 第一阶段是使用者只上网浏览和阅读，获得信息。

第二阶段则开始使用网上信息

互联网的第三阶段 盖茨这样描述说 : 前两个阶段的特点是用户在同一个时间只能上一个网站。

对于知识型员工，公司应认真考虑如何为员工提供最好的工具，如从手机阅读或接受电邮，就只显示电邮的简要内容，而不是全文。

用户流动性强了，资讯如何随身携带，是一个重要问题。

在互联网的第三阶段，将有更多个人或企业资讯是在互联网上，不管身在何处，资料随时可得。

下一代互联网 IPv6 中国下一代互联网示范工程 CNGI示范网络核心网络在 2006 年 9月在北京通过专家验收。

它是世界上规模最大的纯 IPv6 技术的互联网。每秒 10G 的传输率 ( 相当于每秒传送 10个 VCD光盘存储的信息 ) ，链接全国 20 个主要城市的核心节点。

专家预测：基于下一代互联网的真正数字化时代即将来临。

新一代互联网是革命性的 IPv6 与 IPv4 的比较： 更大：启用 IPv6 技术，几乎可以给你家中

的每一个物件分配一个 IP 。 更快：传输速度和传输方式有明显变化：速

度是 IPv4 的 1000 倍；端到端的传输效率更高。

更安全：有严格的管理规范，身份识别与 IP地址捆绑。

更便捷：在家可与医保系统联系，提取自己的生物钟信息，分析你的身体现状，对你的饮食加以监管。

目前只有中美有技术优势 新一代互联网的核心技术是路由技术。以

前这方面是由美国掌控。经过多年的发展，我国目前已经掌握了包括 IPv6 技术在内的核心路由器技术，能独立建设自己的互联网，而不再依赖国外。目前具有着样能力的国家，只有美国和中国。

关于网络化的结论 未来的计算机网络将自然而然地融入到我

们的生活中和工作中。

到那时，无论何时、何地、何种方式，都能得到你所需要的任何信息。

计算机的发展方向

巨型化计算机 微型化计算机 网络化计算机 智能化计算机 个性化计算机

智能化计算机 智能化计算机

智能化计算机的应用

智能化计算机的发展趋势

智能化计算机 智能化计算机与人工智能密切相关。

笛卡尔说过：“总有一天，人类会造出一

些举止和人一样的没有灵魂的机器来。”

人工智能研究的方向 人工智能理论、机器学习模型和理论； 不精确知识表示、机器推理、常识知识及其推理；

人工思维模型、智能人机接口； 多智能主体系统、知识发现和知识获取； 人工智能应用基础。

人工智能 50 年后会威胁人类

人工大脑之父，雨果 .德 . 加里斯 2007年在清华大学演讲时描述人工智能时代：“ 20 年、 30 年后机器人就可以和人类作朋友，然而 50 年后，人工智能将成为人类最大的威胁。世界最终会因为人工智能超过人类而爆发一场战争，这场智能战争也许会夺去数十亿人的生命。”

人工智能取得阶段性进展 人工智能研究虽取得不少成果，但离全面推

广应用还有很大的距离，还有很多问题需要解决，且需要多学科专家共同合作。

世界首个可独立进行科学研究的机器人问世

日本推出了首个机器人教师 日本推出了首个机器人教师

中国的美女机器人 中科院研究出美女机器人，可语音交互

结 论 未来的计算机真的将能模拟人

类的思维方式、行为方式。

到那时人类将如何应对智能计算机的挑战

计算机的发展方向 巨型化计算机 微型化计算机 网络化计算机 智能化计算机 个性化计算机

个性化计算机 光子计算机 生物计算机 分子计算机 量子计算机 神经细胞计算机 磁共振计算机

个性化计算机 光子计算机：利用光的速度、光子之间互不干扰、可以不接触链接等优势，使该计算机无与伦比。欧盟在 1994 年已经制造出了光子计算机。

生物计算机：生物系统的信息处理过程是基于生物分子的计算和通讯过程，其主要特点是大规模并行处理和分布式存储。

分子计算机：单个分子能够传导和转换电流，并能存储信息。但还没有成熟技术使之付诸实施。

量子计算机：量子的最小单位是量子比特，它是一个多态物质，具有神奇的特性：信息传输可以不需要时间，信息处理所需的能量几乎为 0. 美国的一个研究小组正在研究样机。

神经细胞计算机被称为第六代计算机。它可以模仿人的大脑判断能力和适应能力，并具有可并行处理多种数据功能神经网络计算机。目前美国国防部高级研究属，已研制了一个远程控制的半机械飞蛾。

结论 计算机会被嵌入到任何设备中使其智能

化！

一个人不具备计算机素质，文化，将被计算机当做“傻瓜”对待………… .