一、计算机发展简史

1、计算机发展的四个阶段

第一阶段：电子管计算机

第二次世界大战是电子管计算机产生的催化剂。英国为了了解德国海军的密文而研发出来的。

集成度小，空间占用大
功耗高，运行速度慢
操作复杂，更换程序需要接线

第二阶段：晶体管计算机

贝尔实验室的三位科学家发明了晶体管

集成度相对较高，空间占用相对较小
功耗相对较低，运行速度较快
操作相对简单，交互更加方便

第三阶段：继承电路计算机

德州仪器的工程师发明了集成电路

计算机变得更小
功耗变得更低
计算速度变得更快

第四阶段：超大规模集成电路计算机

一个芯片集成了上百万的晶体管
速度更快，体积更小，价格更低，更能被大众接受
用途丰富：文本处理，表格处理，高交互式的游戏与应用

第五阶段：未来的计算机

生物计算机，以蛋白质分子作为主要的材料

体积小，效率高
不易损坏，生物级别的自动修复
不受信号干扰，无热损耗

量子计算机，遵循量子力学的物理计算机

2013年5月，谷歌和NASA发布D-Wave Two
2017年5月，中国科学院宣布制造出光量子计算机
2019年1月，IBM展示了世界首款商业化量子计算机

2、微型计算机的发展历史

摩尔定律：集成电路的性能，每18-24个月就会提升一倍
不过现在摩尔定律不那么适用了，随着计算机的发展，性能也逐渐接近瓶颈了

二、计算机分类

1、超级计算机

功能最强，运算速度最快，存储容量最大的计算机
多用于国家高科技领域和尖端技术研究
超级计算机的运算速度单位是TFlop/s

2、大型计算机

又称大型机，大型主机，主机等
具有高性能，可处理大量数据与复杂的运算
在大型机市场领域，IBM占领着很大的份额

3、迷你计算机

也称为小型机，普通服务器
不需要特殊的空调产所
具备不错的计算力，可以完成比较复杂的运算

现在，普通服务器已经代替了传统的大型机，成为大规模企业计算的中枢

4、工作站

高端的通用微型计算机，提供比个人计算机更强大的性能
类似于普通的台式电脑，体积较大，但性能强劲

5、微型计算机

又称为个人计算机，是最普通的一类计算机

三、计算机的体系结构

1、冯诺伊曼体系

将程序指令和数据一起存储的计算机设计概念结构
必须要有存储器、控制器、运算器、输入设备、输出设备

现代计算机都是冯诺依曼机

能够把需要的程序和数据送至计算机中
能够长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力
能够具备算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力
能够按照要求将处理结构输出给用户

冯诺伊曼瓶颈
CPU和存储器速率之间的问题无法调和，造成了风诺伊曼机瓶颈
CPU处理速度快，而数据传输速度慢，CPU经常空转等待数据传输

2、现代计算机结构

现代计算机在冯诺依曼体系结构的基础上进行了修改
解决了CPU与存储设备之间的性能差异问题

四、计算机的层次与编程语言

1、程序翻译与程序解释

当人需要与计算机进行交流的时候，需要进行语言之间的转换。

计算机执行的指令都是L0
翻译过程生成新的L0程序，解释过程不生成新的L0程序
解释过程由L0编写的解释器去解释L1程序

2、计算机的层次与编程语言

硬件逻辑层
门、触发器等逻辑电路组成
属于电子工程的领域

微程序机器层
编程语言使微指令集
微指令所组成的微程序直接交由硬件执行

传统机器层
编程语言是CPU指令集
编程语言和硬件是直接相关的
不同架构的CPU使用不同的CPU指令集

操作系统层
向上提供了简易的操作界面
向下对接了指令系统，管理硬件资源
操作系统层是在软件和硬件之间的适配层

汇编语言层
汇编语言可以翻译成可直接执行的机器语言
完成翻译的过程的程序就是汇编器

高级语言层
编程语言为广大程序员所接受的高级语言
高级语言的种类非常多，有几百种
常见的高级语言有：pyhton,java,C++等

应用层
满足计算机针对某种用途而专门设计的

五、计算机的计算单位

1、容量单位

在物理层面，高低电平记录信息
理论上只认识0/1两种状态
0/1能够表示的内容太少了，需要更大的容量表示方法

2、速度单位

网络速度

CPU速度
CPU的速度一般体现为CPU的时钟频率
CPU的时钟频率单位一般是赫兹
主流的CPU的时钟频率在2G赫兹以上
Hz其实就是秒分之一
并不是描述计算机领域所专有的单位

它是每秒中的周期性变动重复次数的计量

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