计算机发展简史

计算机发展的四个阶段

第一个阶段:电子管计算机

ENIAC

• 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;

第二个阶段:晶体管计算机

TX-0/PDP-1

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

第三个阶段:集成电路计算机

• 计算机变得更小
• 功耗变得更低.
• 计算速度变得更快
• 计算机具备进入千家万户的条件

在这时期，有IBM公司推出7094和1401，他们的主打功能不同，相互无法兼容，使用商又不愿意投入两组人力。

后来迫于压力，IBM推出兼容产品System/360，这是操作系统的雏形

第四个阶段: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、高交互的游戏与应用

APPLE

第五个阶段:未来的计算机

生物计算机、量子计算机

微型计算机的发展历史

受限于性能。

摩尔定律：集成电路的性能，每18-24个月就会提升一倍(现在正在失效，电路越来越复杂)

从单核到多核的发展：

计算机的分类

超级计算机

标记运算速度单位：TFLOP/S

大型计算机

去IOE行动

迷你计算机

现在都从大型机到普通服务器，现在的云服务等等都基于此

工作站

比个人电脑性能强，体积大

微型计算机

台式机，笔记本电脑

计算机的体系与结构

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

要求？

• 必须有一个存储器
• 必须有一个控制器
• 必须有一个运算器
• 必须有输入设备
• 必须有输出设备

现代计算机都是冯诺依曼机

怎么样才能具备？

• 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果输出给用户

冯诺依曼瓶颈

CPU和存储器速率之间的问题无法调和

现代计算机的结构

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

这里的存储器，是指围绕CPU的更高速的设备了，不再是磁带这些

可以理解为以存储器为核心

计算机的层次与编程语言

程序翻译与程序解释

人类语言-》计算机语言

需要进行语言之间的转换

程序翻译

C/C++

程序解释

python

• 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

翻译+解释

JAVA/C#

JVM虚拟机

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

• 编程语言是微指令集
• 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(机器指令)
• 编程语言和硬件是直接相关
• 不同架构的CPU使用不同的CPU指令集

一条机器指令对应一个微程序

一个微程序对应一组微指令

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

• 编程语言是汇编语言
• 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
• 高级语言的类别非常多由几百种
• 常见的高级语言有: Python、 Java、 C/C++、 Golang等

应用层

• 满足计算机针对某种用途而专门设计

计算机的计算单位

容量单位

MB、G、T

(高低电位) 0/1 又称为bit(比特位)

1B = 8bits

1KB = 1024 = 2(10)B

硬盘商一般用10进制标记容量 500G(实际容量是500∗10003/10243=465�)

速度单位

100M带宽->100M/s-》100Mbps=》100Mbit/s -》12.5MB/S

测试峰值速度只有12M每秒，这里的每秒指的是下了多少容量

CPU速度

HZ (秒分之一) 每秒中的周期性重复次数的计量

主流cpu时钟频率都在2GHZ以上

计算机的字符与编码集

字符编码集的历史

ASCII码

• 使用7个bits就可以完全表示ASCII码
• 包含95个可打印字符
• 33个不可打印字符（包括控制字符）

33+95=128=27

很多应用或者国家中的符号都无法表示

Extended ASCII码

第一次对ASCI码进行扩充， 7bits => 8bits

字符编码集的国际化

• 欧洲、中亚、东亚、拉丁美洲国家的语言多样性
• 语言体系不一-样，不以有限字符组合的语言
• 中国、韩国、日本等的语言最为复杂

中文编码集

GB2312

• 《信息交换用汉字编码字符集——基本集》
• 一共收录了7445个字符
• 包括6763个汉字和682个其它符号

GBK

• 《汉字内码扩展规范》
• 向下兼容GB2312，向上支持国际ISO标准
• 收录了21003个汉字，支持全部中日韩汉字

兼容全球的字符集: Unicode

• Unicode: 统一码、万国码、单一码
• Unicode定义了世界通用的符号集，UTF-*实现了编码
• UTF-8以字节为单位对Unicode进行编码
• Windows系统默认使用GBK编码
• 编程推荐使用UTF-8编码