多核技术：计算机性能的新里程

"这篇文档是上海交通大学陆海宁教授关于计算机的发展和性能的讲座内容，主要探讨了从早期的ENIAC计算机到多核技术的演变过程，以及冯·诺伊曼架构对现代计算机设计的影响。" 正文： 计算机的发展历程始于ENIAC，即电子数字积分计算机，它是第一台通用电子计算机，由埃克特和莫克利在宾夕法尼亚大学研发，用于计算武器的射程和弹道表。ENIAC由18000个真空管组成，重达30吨，尽管在1946年完成，但未能在二战中发挥作用，直至1955年才停止使用。它的计算速度为每秒5000次加法运算，采用十进制而非二进制系统，并通过开关和电缆编程。 冯·诺伊曼和图灵的工作奠定了现代计算机的基础。冯·诺伊曼结构提出程序和数据都存储在主存储器中，通过算术逻辑单元（ALU）执行二进制运算，控制器负责指令的译码和执行，同时控制输入/输出设备。普林斯顿高级研究院的IAS（Institute for Advanced Study）是这种结构的代表，具有1000x40位的存储能力，包括一系列寄存器如程序计数器、累加器和存储缓冲寄存器等。 随着技术的进步，埃克特-莫克利计算机公司推出了UNIVAC I，这是第一台商业化生产的自动计算机，主要用于科学计算。后来的UNIVAC II在速度和存储方面有了显著提升。IBM在这一时期也崭露头角，推出了IBM 701和IBM 702，分别用于科学计算和商业应用，进一步推动了计算机的普及。 晶体管的发明在计算机发展史上具有里程碑意义。1947年由贝尔实验室发明的晶体管，替代了真空管，使计算机变得更小、更便宜、发热量更少。晶体管的出现催生了第二代计算机，如IBM 7000系列，以及DEC的PDP-1等小型晶体管机器。 随后，微电子技术的出现将计算机带入了新的阶段。小规模集成电路（SSI）、中等规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）相继发展，使得单个芯片上可以集成越来越多的晶体管。从1971年开始，微处理器的诞生，如Intel的4004，标志着集成电路技术的飞跃，使得个人计算机成为可能。 多核技术是现代计算机性能提升的重要途径。随着单个处理器性能的逼近物理极限，通过在同一芯片上集成多个处理器核心，共享大型高速缓存（Cache），可以实现近乎线性的性能提升。例如，IBM的POWER4处理器就采用了双核设计，通过两个较简单的处理器协同工作，以达到比单个复杂处理器更高的性能。 总结来说，计算机从最初的ENIAC到现在的多核处理器，经历了从真空管到晶体管，再到微电子技术的转变。冯·诺伊曼架构的引入定义了现代计算机的基本结构，而多核技术则成为了提升计算机性能的新方向。这个过程不仅反映了科技进步，也揭示了计算机科学与工程的创新思维。