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計算機發展史詳細

生活 更新时间:2024-08-27 12:16:57
1. 計算機發展史與系統層次結構

我們現在所使用的計算機包括筆記本電腦,台式機都屬于第四代計算機,其中 第一代是電子管,第二代是晶體管,第三代是集成電路(中小),第四代是大規模集成電路。世界上第一台通用計算機是ENIAC。下圖就是世界上第一台電子管計算機-ENIAC

世界上第一台電子管計算機-ENIAC

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這台計算機在1944年-1945年來進行設計使用的,二戰時期 美國軍方委托賓夕法尼亞大學幫他做計算機他的目的是為了幫助彈道導彈,需要計算抛物線以及射程,設計的架構顧問von neumann

1950年代的計算機

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​ 在當時可以做計算機的公司不多,據曆史考證,上圖在UNIVAC 産的計算機,你會發現早期的計算機沒有屏幕,除了UNIVAC還有IBM,很遺憾 univac已經倒閉了,但是IBM基本都是大型機,商業企業機器

第二代晶體管計算機-IBM7094

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​ 第二代計算機就是晶體管計算機相對于電子管計算機的制作成本以及制作難度要低一些,性能相比于第一代計算機性能大十倍以上。

第三代集成電路計算機-IBM system 360

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​ 在沒有集成電路以前,計算機做運算要麼是電子管,要麼是晶體管,我們都知道計算機計算的都是二進制的,要想保存這些,計算機的設計裡需要晶體管,電阻,電容 将這些放到0.01毫米的微芯片的矽片,将成千上萬個微型芯片組成一個小芯片。在集成電路出現之前,這一個芯片上放的晶體管的數量很少 但在其出現後可能一個芯片上會有十萬個晶體管,所以随着集成電路的發展他的計算能力都是呈指數型增長。

​ 第三代集成電路計算機-DEC-PDP8

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​ 現在的網絡叫做以太網 發明者是DIX聯盟,包括DEC Intel 施樂,DEC的當時的老闆當時認為普通的人不需要購買計算機,導緻他當時隻做商用計算機在1998年倒閉了,被康柏收購,後期被HP收購。

第四代早期計算機

​ Apple 1 原型機

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喬布斯發現這種計算機價格不是很昂貴,所以才開始做民用機,在當時世界上沒有任何一台電腦是民用的都是商用,軍用電腦。在Apple火了後,IBM也随之做起了民用電腦提出PC個人電腦,當時的IBM把硬件部分交給Intel,軟件部分交給microsoft.正是因為把這些東西交給他們,才有這兩家公司。早期的電腦都是命令行界面沒有圖形界面。

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2. 馮.諾依曼架構與衍生架構

計算機語言

​ 計算機等電子特性都是power on,power off 兩種形态,所以計算機隻能識别二進制,根據這些可以設置阈值來指定是1還是0

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​ 高級語言被計算機識别需要翻譯,承擔翻譯這個工作的絕大部分都是操作系統在翻譯。

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所有的語言所寫的程序如果需要計算機執行 最後必須翻譯成機器語言。翻譯有兩種方式,一種是編譯一種是解釋。

編譯:整個程序一次翻譯

解釋:執行一次翻譯一次

現代的計算機,直接執行計算機内已經設計好的指令

操作系統負責将高級語言和彙編語言翻譯成機器語言

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計算機組成和計算機架構

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​ 計算機架構是指當前架構中還有哪些東西,比如說一些指令集,操作範圍,而計算機組成是這些指令如何實現。計算機架構更面向程序員,計算機組成更面向底層硬件開發。

​ 現在的計算機架構依然采用馮諾依曼架構 ,隻是組成發生變化了,由0.1微米變成10納米。架構很容易變化,組成随着時間發展總是會變化的。

馮諾依曼架構

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​ 出生在匈牙利美國國籍的猶太人,他在1945年研究EDVAC 電子離散變量計算機總結了一套架構,被後續稱為馮諾依曼架構。

計算機構成:運算器/控制器/寄存器/輸入設備/輸出設備 五大組件

  1. 程序:指令 數據 必須放在存儲器裡,不區分指令存儲和數據存儲
  2. 表示形式:所有的計算機指令和數據必須是二進制
  3. 指令構成:操作碼 地址碼 操作碼表示當前操作的含義,而地址碼表示當前欲操作的地址
  4. 指令順序:所有的指令必須連續,特殊情況可以不連續
  5. 機器中心:以運算器為中心

除了馮諾伊曼架構還有哈弗架構,在馮諾依曼架構中不區分指令空間和數據空間,而哈佛架構單獨為指令和數據開辟單獨的空間

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  1. 控制器:可以理解為一台計算機的大腦負責收取指令分析指令
  2. 運算器:計算核心 參與運算功能
  3. 算術運算:定點數據預算,浮點運算
  4. 邏輯運算(布爾邏輯)邏輯與 邏輯或 邏輯非
  5. 位移運算

輸入設備 input device:鼠标,鍵盤

輸出設備 output device:顯示器,打印機

後來發現可以把控制器和運算器集成在一個芯片上就出現了現在的central processing unit-CPU

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控制器:核心部件----CU 控制單元

運算器:核心部件----ALU 邏輯運算單元

存儲系統:

​ Main Memory 主存儲器—内存

​ PM 輔存儲器—外存

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