计算机底层01-计算机发展史

计算机底层01-计算机发展史与冯诺依曼

上接：云计算概念与价值02技术与价值

1. 计算机发展史与系统层次结构

我们现在所使用的计算机包括笔记本电脑，台式机都属于第四代计算机，其中第一代是电子管，第二代是晶体管，第三代是集成电路（中小），第四代是大规模集成电路。世界上第一台通用计算机是ENIAC。下图就是世界上第一台电子管计算机-ENIAC

1.1 世界上第一台电子管计算机-ENIAC

这台计算机在1944年-1945年来进行设计使用的，二战时期美国军方委托宾夕法尼亚大学帮他做计算机他的目的是为了帮助弹道导弹，需要计算抛物线以及射程，设计的架构顾问von neumann

1.2 1950年代的计算机

在当时可以做计算机的公司不多，据历史考证，上图在UNIVAC 产的计算机，你会发现早期的计算机没有屏幕，除了UNIVAC还有IBM，很遗憾 univac已经倒闭了，但是IBM基本都是大型机，商业企业机器

1.3 第二代晶体管计算机-IBM7094

第二代计算机就是晶体管计算机相对于电子管计算机的制作成本以及制作难度要低一些，性能相比于第一代计算机性能大十倍以上。

1.4 第三代集成电路计算机-IBM system 360

在没有集成电路以前，计算机做运算要么是电子管，要么是晶体管，我们都知道计算机计算的都是二进制的，要想保存这些，计算机的设计里需要晶体管，电阻，电容将这些放到0.01毫米的微芯片的硅片，将成千上万个微型芯片组成一个小芯片。在集成电路出现之前，这一个芯片上放的晶体管的数量很少但在其出现后可能一个芯片上会有十万个晶体管，所以随着集成电路的发展他的计算能录都是成指数型增长。

第三代集成电路计算机-DEC-PDP8

现在的网络叫做以太网发明者是DIX联盟，包括DEC Intel 施乐，DEC的当时的老板当时认为普通的人不需要购买计算机，导致他当时只做商用计算机在1998年倒闭了，被康柏收购，后期被HP收购。

1.4 第四代早期计算机

Apple 1 原型机

乔布斯发现这种计算机价格不是很昂贵，所以才开始做民用机，在当时世界上没有任何一台电脑是民用的都是商用，军用电脑。在Apple火了后，IBM也随之做起了民用电脑提出PC个人电脑，当时的IBM把硬件部分交给Intel，软件部分交给microsoft.正是因为把这些东西交给他们，才有这两家公司。早期的电脑都是命令行界面没有图形界面。

2. 冯.诺依曼架构与衍生架构

2.1 计算机语言

计算机等电子特性都是power on,power off 两种形态，所以计算机只能试别二进制，根据这些可以设置阈值来指定是1还是0

高级语言被计算机识别需要翻译，承担翻译这个工作的绝大部分都是操作系统在翻译。

所有的语言所写的程序如果需要计算机执行最后必须翻译成机器语言。翻译有两种方式，一种是编译一种是解释。

编译：整个程序一次翻译

解释：执行一次翻译一次

现代的计算机，直接执行计算机内已经设计好的指令

操作系统负责将高级语言和汇编语言翻译成机器语言

2.2 计算机组成和计算机架构

计算机架构是指当前架构中还有哪些东西，比如说一些指令集,操作范围，而计算机组成是这些指令如何实现。计算机架构更面向程序员，计算机组成更面向底层硬件开发。

现在的计算机架构依然采用冯诺依曼架构，只是组成发生变化了，由0.1微米变成10纳米。架构很不容易变化，组成随着发展总是变化的。

2.3 冯诺依曼架构

出生在匈牙利美国国籍的犹太人，他在1945年研究EDVAC 电子离散变量计算机总结了一套架构，被后续称为冯诺依曼架构。

（1）计算机构成：运算器/控制器/寄存器/输入设备/输出设备五大组件

（2）程序：指令+数据必须放在存储器里，不区分指令存储和数据存储

（3）表示形式：所有的计算机指令和数据必须是二进制

（4）指令构成：操作码+地址码操作码表示当前操作的含义，而地址码表示当前欲操作数的地址

（5）指令顺序：所有的指令必须连续，特殊情况可以不连续

（6）机器中心：以运算器为中心

除了冯诺伊曼架构还有哈弗架构，在冯诺依曼架构中不区分指令空间和数据空间，而哈佛架构单独为指令和数据开辟单独的空间

控制器：可以理解为一台计算机的大脑负责参与取指令分析指令

运算器：计算核心参与运算功能

（1）算术运算：定点数据预算，浮点运算

（2）逻辑运算（布尔逻辑）逻辑与逻辑或逻辑非

（3）位移运算

输入设备 input device：鼠标，键盘

输出设备 output device：显示器，打印机

后来发现可以把控制器和运算器集成在一个芯片上就出现了现在的central processing unit-CPU

CPU：

控制器：核心部件----CU 控制单元

运算器：核心部件----ALU 逻辑运算单元

存储系统：

Main Memory 主存储器—内存

PM 辅存储器—外存

ALU:逻辑运算单元

X：操作数寄存器

ACC：计数器寄存器

MQ: 商乘寄存器

加减运算：X ACC

乘除法运算：X ACC MQ

使用加法运算加数—> X 被加数/和----> ACC

商乘寄存器除数---->X 被除数---->MQ 商---->ACC

CU:控制单元

IR：指令寄存器—存放的是当前预执行的指令

PC：程序计数器—存放的是当前预执行指令的地址

STORAGE：存储体

MDR：主存数据寄存器-----bit length 字长

MAR：主存地址寄存器-----存放的内存的地址

MM：主存
下接：计算机底层02-计算机指令与指令集