计算机组成原理|第二章(笔记)
目录
- 第二章 计算机的发展及应用
- 2.1 计算机的发展史
- 2.1.1 计算机的生产和发展
- 2.1.2 微型计算机的出现和发展
- 2.1.3 软件技术的兴起与发展
- 2.2 计算机的应用
- 2.3 计算机的展望
上篇：第一章：计算机系统概论
下篇：第三章：系统总线
第二章 计算机的发展及应用
2.1 计算机的发展史
2.1.1 计算机的生产和发展
第一代电子管计算机
1946 年，Pennsyivania 大学 John Mauchly 教授和 John Presper Ecker 等人发明了第一台由电子管组成的计算机 ENIAC，该计算机主要是为了解决当时国防弹道研究，采用了十进制，电路结构复杂，使用了 18000 多个电子管，运行耗电量达 150 千瓦，体积庞大，重达 30 吨，占地面积 1500 平方英尺，每秒可进行 5000 多次加法运算，需用手工搬动开关和拔、插电缆来编制程序。这台机器有两个很明显的缺点：① 没有存储器；② 使用布线、接拔进行控制的。
1946 年，von Neumann 与他的同行在普林斯顿大学设计了一台存储程序的计算机 IAS，直到 1952 也未能问世，但 IAS 的总体结构得到了确认，成为后来通用计算机的原型，它是由四部分组成：① 一个同时存放指令和数据的主存储器；② 一个二进制的算逻部件；③ 一个解释存储器中的指令并能控制指令执行的程序控制部件；控制部件操作的 I/O 设备。
第二代晶体管计算机
1947 年在 Bell 实验室成功地用半导体硅作基片，制成了第一个晶体管，它的体积小、低耗电以及载流子高速运行的特点，使 50 年代后全球出现了一场以晶体管替代电子管的革命，计算机的性能有了很大的提高。
第三代集成电路计算机
随着 1958 年微电子学的深入研究，特别是新的光刻技术和设备的成熟，为计算机的发展开辟了一个崭新的时代 ---- 集成电路时代。
由于集成电路制作技术出现后，可以利用光刻技术把晶体管、电阻、电容等构成的单个电路制作在一块极小的硅片上，使得大大缩减了计算机的体积，大幅度的降低了耗电量，提高了机器的可靠性。这就是人民称为小规模集成电路（SSI）和中等规模集成电路（MSI）的第三代计算机。其典型的代表为 IBM 的 System/360 和 DEC 的 PDP-8。
1964 年，IBM 推出了 System/360 系列的计算机，它打破了 7000 系列体系结构方面的一些约束，不同机型可以相互兼容，它们具有类似或相同的指令系统，各机型有类似或相同的操作系统，随着档次的提高，机器的速度、存储器的容量、I/O 端口的数量以及价格都有所增长。
另一代表机器是 DEC 的 PDP-8，它采用总线结构，有迷你机之称，它以低价格、小体积吸引了不少用户，使其成为 IBM 之后的第二大计算机制造商。
硬件技术对计算机更新换代的影响：
2.1.2 微型计算机的出现和发展
微处理器是指用一片大规模的集成电路组成的处理器，该处理器上面集成了运算器和控制器。
微型计算机是指使用微处理器的、集成度相当高的一些大规模集成电路构成的面向个人用户的，体积小、重量轻、价格低的计算机。
1971 年，美国 Intel 公司工程师霍夫研制成世界上第一个 4 位的微处理器芯片 4004，随后微处理器又经历了 8 位、16 位、32 位和 64 位这几个阶段的发展，芯片的集成度和速度都有很大的提升。不仅是微信处理器有了质的飞跃，存储芯片的容量也在不断的提升，从 256 位到 64M，每个阶段都比过去提高 4 倍容量，而价格和访问时间都有所下降。
Moore（摩尔）定律：微芯片上集成的晶体管数每三年翻两番。
2.1.3 软件技术的兴起与发展
计算机得以广泛的运用，一定要有软件的支持，软件丰富了计算机的功能，而软件离不开各种编程语言的作为编程工具，最先出现的就是机器语言，机器语言是面向机器的，二进制的代码，不同的机器，指令不一样，机器语言也是不一样的，早期的计算机几乎是每设计一台新机器，就有一个新的指令机，在这台机器上运行的软件如果想放到另外一台机器上去执行，代码就需要重新写，而且这些 “0”、“1” 代码对于程序员而言很难进行记忆，之后就发展出汇编语言，同样，汇编语言也是面向机器的，不同的机器有不同的汇编语言，但是对于程序员来说，这些汇编语言的符号比机器语言 “0”、“1” 二进制的代码更容易记忆。进而发展的便是高级语言，它是面向问题的，用高级语言进行编程的时候，不需要去了解计算机的指令系统，只需要面向问题进行编程就可以了，使程序员的编程效率大大提高，高级语言有代表性的就是用于科学计算和工程计算的 FORTRAN、结构化程序设计的 PASCAL、面向对象的 C++、适应网络环境的 JAVA 等等。
系统软件
- 语言处理程序
- 汇编程序、编译程序、解释程序
- 操作系统
- DOS、UNIX、Windows
- 服务性程序
- 装配、调试、诊断、排错
- 数据库管理系统
- 数据库和数据库管理软件
- 网络软件
软件发展的特点：
- 开发周期长
- 制作成本高
- 检测软件产品质量的特殊性
2.2 计算机的应用
- 科学计算和数据处理
- 工业控制和实时控制
- 网络技术
- 电子商务
- 网络教育
- 敏捷制造
- 虚拟现实
- 办公自动化和管理信息系统
- CAD/CAM/CIMS
- 多媒体技术
- 人工智能
2.3 计算机的展望
- 计算机具有类似人脑的一些超级智能功能
- 要求计算机的速度足够快
- 芯片集成度的提高受一下三方面的限制
- 芯片集成度受物理极限的制约
- 按几何数递增的制作成本
- 芯片的功耗、散热、线延迟
- 传统硅芯片的替代
- 光计算机
- 利用光子取代电子进行运算和存储
- DNA 生物计算机
- 通过控制 DNA 分子间的生化反应
- 量子计算机
- 利用原子所具有的量子特性
- 光计算机
上篇：第一章：计算机系统概论
下篇：第三章：系统总线
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