计算机组成原理

计算机发展史(四个阶段) 第一阶段(1946~1957):电子管计算机

  世界上第一台计算机叫埃尼阿克(ENIAC)

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  第二次世界大战是电子管计算机产生的催化剂(英国为了解密德国海军的密文),在第二次世界大战中,战争使用了飞机和火箭,打得准需要计算设计参数,设计参数需要几千次运算才能计算出来,在没有计算机之前 ,这些都需要人工手动去计算,埃尼阿克的计算速度大约是手工计算的20万倍。

  埃尼阿克(ENIAC)由18000多个电子管,运行耗电量达150千瓦,重量达30吨,占地1500平方英尺。由此可见,第一阶段的电子管计算机,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(1957~1964):晶体管计算机

  贝尔实验室的三个科学家发明了晶体管,第一台晶体管计算机产生于麻省理工大学的林肯实验室。

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第三阶段(1964~1980):集成电路计算机

  德州仪器的工程师发明了集成电路(IC),后面就有了集成电路计算机,集成电路计算机让计算机具备进入千家万户的条件。因为集成电路使计算机变得更小,功耗变得更低,计算速度变得更快。

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  关于集成电路计算机,IBM当时主要推出了两款计算机,使用量比较大,分别是7094和1401,但这两款计算机的主打功能不同,而且相互无法兼容,公司也不愿意投入两组人力,于时后来IBM推出了兼容的产品System/360,这也是操作系统的雏形。

第四阶段(1980~至今):超大规模集成电路计算机

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  超大规模集成电路,一个芯片上集成了上百万的晶体管,这样使超大规模集成电路计算机速度更快,价格更低,体积更小,更能被大众所接受,而且用途丰富,可以用作文本处理,表格处理,高交互的由于与应用等。

计算机的分类 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。

  运算速度单位是TFlop/s,1TFlob/s=每秒一万亿次浮点数计算

大型计算机

  大型计算机又称大型机、大型主机、主机等;具有高性能,可处理大数据与复杂的运算;在大型机市场领域,IBM占据着很大的份额。

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  去"IOE"行动,"IOE"是分别指IBM,Oracle,EMC,去"IOE"是阿里巴巴提出的概念,代表了高维护费用的存储系统,不够灵活,伸缩性弱。阿里巴巴在2008年提出去“IOE”行动,在2009年成立了阿里云。

迷你计算机(服务器)

  迷你计算机也称为小型机,即普通服务器,不需要特殊的空调场所,具备不错的算力,可以完成较复杂的运算。普通的服务器已经替代了传统的大型机,成为大规模企业计算的中枢。

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,类似于普通台式电脑,体积较大,但性能较强。

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微型计算机

  微型计算机又称为个人计算机,是最普通的一类计算机。麻雀虽小,五脏俱全,从构成的体质上来讲,个人计算机与前面的分类的无异。

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计算机的体系与结构 冯诺依曼体系

  冯诺依曼体系:将程序指令和数据一起存储的计算机设计概念结构。在冯诺依曼体系出现前,早期的计算机仅含固定用途程序,如改变程序就需要更改结构,重新设计电路,也就是不能先打会儿游戏然后再写会儿代码,这样就很影响我们的使用体验,所以就提出将程序存储起来,并设计成通用电路,即存储程序指令,设计通用电路。

  冯诺依曼体系提出:计算机必须有一个存储器、有一个控制器、有一个计算器、有输入设备和输出设备。这样就能够把需要的程序和数据送至计算机中(输入设备),能够长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力(存储器),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(运算器、控制器),能够按照要求将处理结果输出给用户(输出设备)。

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  由于CPU处理数据的速度要远快于存储器的存储速度,所以CPU和存储器的分开会造成芬诺伊曼瓶颈,也就是CPU和存储器之间的速率问题无法调和。

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现代计算机的结构

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