计算机组成原理-第一章（1）-概述
計算機組成原理
此系列為王道計算機考研組成原理精細筆記
計算機組成原理-第一章（1）-概述
- 計算機組成原理
- 前言
- 一、計算機系統(tǒng)的概述
- 二、計算機發(fā)展簡史
- 第一代-電子管
- 第二代-晶體管
- 第三代-中小規(guī)模集成電路
- 第四代-大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路
- 硬件的發(fā)展
- 軟件的發(fā)展
- 小結
- 總結
前言
??我們現(xiàn)在都在使用電腦手機這些東西。這些都屬于計算機的范疇，計算機的最底層是由一些硬件組成的，在硬件之上，我們會加設操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)之上我們安裝一些軟件（屬于數(shù)據(jù)結構），再通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)所有計算機之間的互聯(lián)互通。這就是我們現(xiàn)在生活的信息化世界。
CPU，針腳用來傳遞數(shù)據(jù)
??計算機是用來存儲數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)用的，例如我們拍了一張照片，這張照片的數(shù)據(jù)我們希望用計算機將其保存，然后進行處理，就比如我們使用美圖秀秀進行一頓騷操作之后，這個過程就是計算機對我們照片的數(shù)據(jù)進行運算和處理的過程，而計算機所處理的數(shù)據(jù)都是一些0101的數(shù)據(jù)。如圖所示：
??我們知道了計算機只能識別0/1，這時我們應該去思考計算機是怎么去區(qū)分0和1的呢？答：我們可以分別用兩種電信號，低電平和高電平進行表示0/1，那么問題又來了，什么是高電平什么是低電平呢？電壓比較低的情況視為低電平0，電壓比較高德情況視為高電平1。
??本質(zhì)上，我們在計算機內(nèi)部傳遞信息就是通過電信號進行傳遞的。而我們之前所看到硬件的針腳就是用來傳遞電信號的，也就是用來發(fā)送和接受二進制數(shù)的一些通道。
??那么，硬件與硬件之間是怎么交換他們的二進制數(shù)的呢？
??如圖，它們是通過印刷電路板上一條一條的線來
??了解了這些，就引發(fā)了下列問題，而計組這門課就能夠帶我們?nèi)ソ鉀Q這些問題。
一、計算機系統(tǒng)的概述
??通常，學習計組時，我們會問什么是計算機系統(tǒng)？
我們給出的回答是：
??計算機=硬件（計算機實體如主機外設等）+軟件（操作系統(tǒng)，應用程序）硬件是計算機的物理基礎，它決定計算機性能的天花板，軟件決定我們可以將硬件的性能發(fā)揮到什么程度。計算機性能的好壞取決于軟件+硬件功能的總和。
特別的，我們需要了解：
軟件有分為：系統(tǒng)軟件和應用軟件。
標準程序庫：我們編程時會使用的那些庫函數(shù)。
網(wǎng)絡軟件：實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的那些網(wǎng)絡模塊。
語言處理程序：編譯程序、匯編程序（將高級語言翻譯為機器語言）。
服務程序：調(diào)試代碼的調(diào)試程序。
二、計算機發(fā)展簡史
第一代-電子管
??世界上第一臺電子數(shù)字計算機是1946年在美國賓夕法尼亞大學制成的。
??這臺計算機采用了電子管作為它的邏輯元件，什么是邏輯元件呢？前面說過計算機在進行數(shù)字計算的時候就是在處理一些電信號，所謂邏輯元件就是用來處理這些電信號的最小基本單元。
??以ENIAC為代表的這一代計算機，我們將其稱為電子管時代，原因就是這一代的計算機使用電子管作為邏輯元件，這一時代，程序員都是使用機器語言進行編程的，計算機只能識別0101這樣的二進制原因，程序員當時就是在紙帶上打孔，有孔的地方表示二進制的0沒有孔的地方表示二進制的1，如果在你寫程序的時候，紙帶上有一只死掉的小蟲子，那么死掉小蟲子的那一塊地方就會出現(xiàn)錯誤，紙帶機無法讀取，這也是我們?yōu)槭裁匆獙⒊绦虻穆┒捶Q為bug的原因，因為bug本來表示的就是小蟲子，所以我們現(xiàn)在依舊成程序的漏洞為bug。
第二代-晶體管
??后來一個著名的實驗室-貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，而每個晶體管的大小要比電子管要小的多，所以用晶體管替代電子管作為邏輯元件可以使計算機的體積得到大幅的降低，我們也能夠使用晶體管設計更復雜的電路，這使得計算機的速度也大幅度提升，這時候也出現(xiàn)了如FORTRAN這樣的高級編程語言，也逐漸出現(xiàn)了操作系統(tǒng)。
??制造一臺計算機需要幾萬到幾十萬個晶體管，需要將這些晶體管用手工焊接的方式將其焊到電路板上，幾十萬個晶體管就會有幾百萬個焊點，這個時候的計算機硬件還是非常不可靠的，因為只要一個焊點出現(xiàn)問題整個計算機都無法工作。
第三代-中小規(guī)模集成電路
??后來有人發(fā)明了集成電路，計算機也由此進入第三個時代-中小規(guī)模集成電路時代，就是將一個一個的邏輯元件集成到一個基片上，采用集成電路的工藝使我們的計算機變得越來越小，功耗也更低，這種集成電路要比晶體管手動焊接的電路可靠性要高得多，這時候各種高級編程語言開始高速發(fā)展，開始有了分時操作系統(tǒng)，這時候的計算機主要還是用于科學計算等專業(yè)用途。
第四代-大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路
??隨著集成電路工藝的不斷提升，慢慢的進入了第四代-大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機，開始出現(xiàn)微處理器、微型計算機，微處理器簡單理解就是CPU,如最近蘋果A13制造工藝：7nm,也就是說在這個微處理器上，每個元件的寬度不超過7nm，這樣一個CPU里面擁有85億個晶體管。
??總之芯片技術的進步導致微處理器的誕生，導致很多微型計算機的誕生，之后微型計算機逐漸步入每一個人的生活，同時這個時候也逐漸誕生一些我們耳熟能詳?shù)挠嬎銠C操作系統(tǒng)：Windows、MacOS、Linux等
提到微處理器的發(fā)展我們不得不提到Intel,如下圖：
其中機器字長：計算機一次整數(shù)運算所能處理的二進制位數(shù)
硬件的發(fā)展
??為了解計算機的發(fā)展，我們不得不去了解這樣一段歷史，如下圖：
??摩爾不僅創(chuàng)建了Intel還提出了摩爾定律：
??摩爾定律：當價格不變時，集成電路上可容乃的晶體管數(shù)目，約每隔18個月會增加一倍，性能也將提升一倍。也就是說，我們現(xiàn)在和18個月花同樣的錢買到的CPU，后者的性能是前者的兩倍。這一定律揭示了信息時技術進步的速度。
軟件的發(fā)展
??先看編程語言，因為所有軟件都是用編程語言編寫出來的，所有編程語言的發(fā)展直接決定了我們軟件世界有多豐富，計算進發(fā)展初期，一開始是用機器語言，后來發(fā)明了匯編語言，這兩種語言本質(zhì)上是一樣的，只不過是匯編語言會將機器語言轉(zhuǎn)換成人類更方便記憶的一些符號，后面我們再進行探索。這也注定這個階段軟件不可能多，不可能很豐富，后來為了使編程更加方便就出現(xiàn)了高級編程語言，總之編程語言就是用來制造軟件的。編程語言是否好用是否豐富也直接決定了我們軟件是否豐富。
??而隨著編程語言的不斷發(fā)展，我們的操作系統(tǒng)也不斷發(fā)展：
??然而，現(xiàn)在計算機存在著兩極分化：
小結
總結：計算機的五代變化
第一代：1946-1957年，電子管計算機
第二代：1958-1964年，晶體管計算機
第三代：1965-1971年，中小規(guī)模集成電路計算機
第四代：1972-1990年，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機
第五代：1991年開始的巨大規(guī)模集成電路計算機
總結
下一節(jié)是計算機硬件的基本組成，期待大家和我交流，留言或者私信，一起學習，一起進步！
總結
以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成原理-第一章（1）-概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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