1.计算机系统概述

1.1 计算机的发展历程

1.1.1 计算机硬件的发展

计算机诞生于20世纪40年代。
1. 计算机的发展历程。
 （1）第一代计算机（1946-1957年）——电子管时代。
 主要特点：1：电子管作为开关器件；2： 使用机器语言 ；3：可以存储信息；4：输入/输出很慢。
 （2）第二代计算机（1958-1964年）——晶体管时代。
 主要特点：1：晶体管代替电子管；2：采用磁芯存储器；3：汇编语言取代机器语言。
 （3）第三代计算机（1965-1971年）——中小规模集成电路时代
 主要特点：1：中小规模的集成电路代替晶体管；2：操作系统问世。
 （4）第四代计算机（1972年至今）——超大规模集成电路时代
 主要特点：1：采用集成度很高的电路；2：微处理器问世。
从第一代到第四代，计算机的体系结构都是相同的，即由控制器、存储器、运算器、输入和输出设备组成，称为冯·诺依曼体系结构。（5）第五代计算机——智能计算机
主要特点：1：具备人工智能，像人一样思维；2：运算速度极快；3：软件系统能够处理知识信息。神经网络是智能计算机的重要代表。
（6）第六代计算机——生物计算机与量子计算机
主要特点：未来计算机的发展方向和趋势。
2.计算机的分类
计算机按照用途可以分为：专用计算机和通用计算机
专用计算机：针对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性；但是适用性差，不适用于其他方面的应用。
通用计算机：适应性很强，应用面很广，但其运行效率、速度和经济性依据不同的应用对象会受到不同程度的影响。
通用计算机按其规模、速度和功能等又可以分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机6类。这些类型之间的基本区别在于其体积、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容量、指令系统和设备、软件配置等的不同。
计算机按照指令和数据流可以分为：
（1）单指令流单数据流（SISD），即传统的冯·诺伊曼体系结构。
（2）单指令流多数据流（SIMD），包括阵列处理器和向量处理器系统。
（3）多指令流单数据流（MISD），这种计算机实际上不存在。
（4）多指令流多数据流（MIMD），包括多处理器和多计算机系统。
3.计算机硬件的更新换代
（1）摩尔定律。当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目每隔18～24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
（2）半导体存储器的发展。1970年，仙童公司生产出第一个比价大容量的半导体存储器，至今半导体存储器经历了多代的变化：单芯片1KB、4KB······、16MB、64MB、······、1GB、2GB、4GB和现在的8GB与16GB。
（3）微处理器的发展。 1971年Intel公司开发出第一个微处理器Intel 4004，之后经历了Intel 8008（8位）、Intel 8086（16位）、Intel 80286（16位）、Intel 80386（32位）、Intel 80486（32位）、Pentium （32位）、Pentium Pro （64位）、Pentium ⅱ（64位）、Pentium Ⅲ （64位）等。这里的16位、32位、64位指机器的字长，是指计算机进行一次运算所能处理的二进制的数据的位数。

1.1.2 计算机软件的发展

计算机软件（Software，也成软件）是指计算机系统中的程序及其文档，程序是指计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。程序必须装入机器内部才能工作，文档一般是给人看的，不一定装入机器。
计算机语言的发展主要从机器的机器语言和汇编语言，到面向问题的高级语言过渡。其中高级语言的发展真正的促进了软件的发展。
操作系统直接影响计算机的性能，主要经历了DOS到UNIX、Linux再到Windows的发展过程。

1.2计算机系统层次结构

1.2.1 计算机系统的基本组成

计算机系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括中央处理器、存储器和外部设备等；软件是计算机的运行程序和相应的文档。

软硬件在逻辑上是等效的。

解析：对于某一功能来说，其既可以用软件实现，也可以用硬件实现，则称为软硬件在逻辑上是等效的。一般来说，一个功能使用硬件实现效率高
但硬件成本远高于软件；使用软件实现可以提高灵活性，但是效率远远不如硬件实现高。

1.2.2 计算机硬件的基本组成

计算机的硬件主要由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备组成（输入/输出设备统称为I/O设备）他们之间关系如图。

graph TD;
    A-->B;
    A-->C;
    B-->D;
    C-->D;

计算机组成原理（一）学习笔记

万丈高楼平地起，勿在浮沙筑高台。__