一文带你了解”计算机组成原理知识”太全了

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第一章计算机系统概述

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计算机硬件的发展

计算机硬件是人类处理运算与储存资料的重要元件，在能有效辅助数值运算之前，计算机硬件就已经具有不可或缺的重要性。最早，人类利用类似符木1的工具辅助记录，像是腓尼基人使用黏土记录牲口或谷物数量，然后藏于容器妥善保存，米诺斯文明的出土文物也与此相似，当时的使用者多为商人、会计师及政府官员。

电子管时代第一台电子数字计算机：

1958年,计算机103型机(即DJS-1型计算机)研制成功;字长31位,内存容量为1024字节,运算速度每秒450次。8月1日,该机成功运行了四条指令的短程序,标志着中国第一台计算机的诞生。

我国从1957年开始研制通用数字电子计算机,1958年8月1日该机可以表演短程序运行,标志着我国第台电子计算机诞生。为纪念这个日子,该机定名为八一型数字电子计算机。该机在738厂开始小量生产,改名为103型计算机(即DJS-1型),共生产38台。

ENIAC机器语言占地面积约170平方米耗电量150千瓦包含了17,468根真空管

晶体管时代

第一台使用晶体管线路的计算机：

ENIAC的诞生，让科学家们享受了计算的畅快，但却必须痛苦地使用它。不仅因为它贵，更因为电子管实在太耗电，零件的寿命也太短，据说ENIAC每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。同时接近18000个电子管，几乎每15分钟就可能烧掉一个，但操作人员可能要花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。曾有人调侃道：“只要那部机器可以连续运转五天，而没有一只真空管烧掉，发明人就要额手称庆了”。

因此在晶体管技术投入使用后，计算机的计算元件也迅速地从电子管向晶体管进化。

1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”(TRADIC)，装有800个晶体管，那个时候集成电路还没有发明。而计算机的体积，也由ENIAC的房间般大小，缩小为衣橱般体积。晶体管快速的开关速度和结构的简化以及在催迪克上引入的浮点运算，让其速度有了极大的提高。不过如果近距离看英迪克的话，常常会以为它还是台电子管计算机，因为当年制造工艺的落后，让催迪克上的晶体管依旧使用了玻璃外壳的真空封装，而不像现在的晶体管那样，采用的是塑料或陶瓷封装。

TRADIC面向过程的程序设计语言：FORTRAN有了操作系统雏形耗电量30瓦包含了800只晶体管

中小规模集成电路时代

我们知道，在电子计算机里有许许多多的电路，这些电路像一个个小型的交通控制系统，控制着电流的往来。电流流通的路线由电路的形式决定。在电子管计算机中，电路是由单个电子管、电阻、电容等元件，经过焊接组装成的；在晶体管计算机中，电路是由单个晶体管、电阻、电容等元件，经过焊接组装成的。当科学家们采用先进的工艺技术，把微型化的晶体管、电阻、电容等元件集中组成电路，再把许许多多这样的电路集中在一块相当小的半导体硅片上，这就是集成电路。集成电路块只有大拇指那么大。是在 1969 年由美国英特尔公司年轻的工程师霍夫研制成功的。
所谓中小规模集成电路是相对后来的“大规模”集成电路而言的。1960年诞生的第一块集成电路，是小规模集成电路，在一平方毫米的硅片上形成一个电路。

高级语言迅速发展开始有了分时操作系统

摩尔定律

是指IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(Intel)名誉董事长戈登·摩尔（Gordon Moore）经过长期观察发现得之。

半导体存储器的发展

1970年，仙童公司生产出第一个较大容量的半导体存储器半导体存储器单芯片容量：1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB、1GB…

计算机软件的发展

早期计算机中，人们直接用机器语言编写程序，这种编写程序的方式称为手编程序。 这种用机器语言书写的程序，计算机完全可以“识别”并能执行，所以又叫做目的程序。但是，用机器语言编写程序很繁琐，又耗费大量的人力和时间，容易出错，出错后寻找错误也相当费事，这就大大限制了计算机的使用。

计算机的分类与发展方向

多样化

随着计算机渐渐地深入到人们的生活当中，计算机的形态会越来越多样化。例如计算机会以一面墙、一张纸、一支笔、一个碗等等多种多样的形态出现在我们的生活中。

多媒体化
多媒体化指的是计算机具有越来越强的文字、声音、图像、视频的处理能力。例如视频通话、3d投影等等。

网络化

网络化指的是更强的信息传输能力，更准确的地理定位能力等。就拿现在很火的云计算来说。如果真正进入云计算时代。一台计算机只需要一个显示器它就能完成各种各样的工作。例如玩一个游戏，不需要下载客户端更不需要安装游戏。甚至连硬盘都不用。所有玩家的客户端只有服务端那一个。一切数据交给服务端处理然后把结果传送回来。要实现这个目标对计算机的网络处理能力要求很高，对网速的要求也很高。

智能化

所谓的智能化就是计算机能模拟人的大脑思维。使计算机具有学习能力，而且能根据外在环境的变化、人类的自然语言自动的生成程序作出相应的反应。

指令和数据流动：

1. 单指令流&单数据流(SISD)：冯诺伊曼体系结构
2. 单指令流&多数据流(SIMD)：阵列处理器、向量处理器
3. 多指令流&单数据流(MISD)：实际上不存在
4. 多指令流&多数据流(MIMD)：多处理器、多计算机

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