第一章计算机系统概述
本章概述
计算机硬件的发展
计算机硬件在有效支持数值运算之前一直是人类处理和数据存储的关键组成部分。最早的人类使用类似于符文的工具来辅助记录。例如，腓尼基人使用粘土来记录牲畜和谷物的数量，并将其隐藏在容器中以便安全储存。当时，许多用户是商人、会计师和政府官员。
发展阶段
时间
逻辑元素
速度（次/秒）
记忆
外部存储
第一代
1946-1957
电子管
数千至数万
水银延迟线、磁鼓
打孔卡、纸袋
第二代
1958年-1964年
晶体管
数万至数十万
磁芯存储器
磁带
第三代
1964-1971
中小型集成
电路
数十万至数百万
半导体存储器
磁带、磁盘
第四代
1972 年至今
大规模、超大规模
规模集成电路
数千万至数万亿
半导体存储器
半导体存储器
真空管时代第一台电子数字计算机：
1958年，他研制成功Computer 103（或称DJS-1计算机），字长为31位，存储器容量为1024字节，运算速度为每秒450次操作。 8月1日，该机器成功执行了由4条指令组成的短程序，标志着中国第一台计算机的诞生。
日本于1957年开始研制通用数字计算机，1958年8月1日，可以进行短程序运算，日本第一台计算机诞生。为了纪念这一天，该机器被命名为“8月1日数字电子计算机”。该机器在738工厂进入小规模生产，并更名为103型计算机（或DJS-1），共生产了38台。
ENIAC机器占地面积约170平方米，功耗150千瓦，包含17,468个真空管。
晶体管时代
第一台使用晶体管电路的计算机：
随着ENIAC的诞生，科学家们能够享受到计算的乐趣，但代价却是使用它的痛苦。不仅价格昂贵，而且电子管耗电量大，部件寿命短，据说每次打开ENIAC 时，费城西部所有的电灯都会熄灭。同时有近18,000个电子管，大约每15分钟就有一个电子管烧毁。然而，操作人员要花15分钟以上才能找到损坏的电子管，使用起来非常不方便。 “只要机器能连续运行五天，没有一根真空管坏掉，发明者就会感到自豪。”有人开玩笑说。
因此，自从晶体管技术投入使用以来，计算机的计算部件也迅速从电子管发展到晶体管。
1954年，美国贝尔实验室成功研制出第一台采用配备800个晶体管的名为“TRADIC”的晶体管电路的计算机。那时，集成电路还没有发明。电脑的尺寸也从ENIAC房间的大小缩小到了衣柜的大小。由于更快的晶体管开关速度、更简单的结构以及DIC浮点运算的引入，速度得到了显着提高。但如果你仔细观察Indic，你会认为它仍然是一台真空管计算机。由于当时的制造工艺落后，Indic的晶体管仍然采用玻璃外壳的真空封装，与今天的晶体管不同。使用塑料或陶瓷包装。
TRADIC面向过程的编程语言：FORTRAN有一个原型操作系统，功耗30瓦，包含800个晶体管
中小集成电路时代
事实证明，电子计算机有很多电路，这些电路就像控制电流流动的小型交通控制系统。电流流经的路径由电路的形状决定。真空管计算机涉及将单个真空管、电阻器和电容器等组件焊接在一起。晶体管计算机涉及焊接和组装单个晶体管、电阻器、电容器等。成分。随着科学家利用先进的工艺技术将微型晶体管、电阻器、电容器和其他元件集成到电路中，并将其中许多电路集中在更小的半导体硅晶片上，这就成为了集成电路。集成电路块只有拇指大小。它是由美国英特尔公司的年轻工程师霍夫于1969年研制成功的。
所谓中小型集成电路是相对于后来的“大规模”集成电路而言的。第一批集成电路于1960 年推出，是在平方毫米硅片上形成电路的小规模集成电路。
高级语言迅速发展，开始包含分时操作系统。
摩尔定律
它指的是一个IC中可以安装的晶体管数量，大约每18个月就会增加一倍，其性能也会增加一倍。摩尔定律是英特尔名誉董事长戈登·摩尔经过长期观察发现的。
半导体存储器的开发
1970年，Fairchild生产了第一批大容量半导体存储器，容量为1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB和1GB。
计算机软件的发展
早期的计算机直接用机器语言编程。这种编程方法称为手工编程。 像这样用机器语言编写的程序也称为目标程序，因为它们可以被计算机“识别”并执行。然而，用机器语言编写程序非常繁琐，需要花费大量的精力和时间，而且出现错误后查找起来也很麻烦，这极大地限制了计算机的使用。
计算机的分类与发展方向
多元化
随着计算机逐渐渗透到人们的生活中，其形式也越来越多样化。例如，计算机以各种形式出现在我们的生活中：墙壁上、纸上、笔上、碗上等等。
多媒体
多媒体是指计算机处理文本、音频、图像和视频的能力越来越强。例如视频通话、3D投影等。
联网
联网指的是更强的信息传输能力、更准确的地理定位能力等等。我们以现在非常流行的云计算为例。当云计算时代真正到来的时候。计算机所需要的只是一个显示器，并且可以执行各种任务。例如，您无需下载客户端或安装游戏即可玩。您甚至不需要硬盘。所有玩家的唯一客户端是服务器。所有数据都传递到服务器进行处理，并将结果发回。为了实现这一目标，计算机具有非常高的网络处理能力和非常快的网络速度。
知识分子
所谓智能，就是计算机能够模拟人脑的思维。计算机具有学习能力，可以根据外部环境和人类自然语言的变化自动生成相应的程序。
指令和数据流：
单指令流、单数据流(SISD)：诺依曼架构、单指令流、多数据流(SIMD)：阵列处理器、向量处理器、多指令流、单数据流(MISD)：多指令流、多数据流(MIMD) )：多处理器、多计算机
知识回顾
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