Reading Notes : 180211 概述计算机

Posted 2020-10-24 Abri

读书《计算机组成原理》 《鸟哥的Linux私房菜 基础篇》 本章介绍电子计算机概念以及发展历史和发展趋势,内容摘自《计算机组成原理》  《鸟哥的Linux私房菜 基础篇》

计算机的概述

　　时间走到21世纪的第2个10年，计算机已经成为我们日常生活的一部分了。但是我们有真正的去了解过计算机吗？本节我们通过阅读整理一篇文章重点介绍电子计算机的概念。

　　电子计算机是一种不需要人工直接干预，能够自动、高速、准确地对各种信息进行处理和存储的电子设备。电子计算机从整体上说可以分为两大类：电子模拟计算机和电子数字计算机。电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量，运算的过程也是连续的；而电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量，运算的过程是不连续的。通常我们所说的计算机都是指电子数字计算机。

电子计算机的发展史

　　计算机的分代并没有统一的标准。若按照计算机采用的微电子器件的发展，大致可以将电子计算机分为以下几代：

• 第一代，1946-1959年，电子管计算机（很大，很大）

 　　

　　该阶段采用电子管作为基本器件，初期使用延迟线作为存储器，以后发明了磁芯存储器。早期的计算机主要用于科学计算，为军事和国防尖端科技服务。

• 第二代，1959-1964年，晶体管计算机（不小，真不小）

 　　

　　该阶段计算机的基本器件为晶体管，存储器采用磁芯存储器。运算速度从每秒几千次提高到了几十万次，存储器的容量从几千存储单元提高到十万存储单元以上。这不仅使得计算机在军事与尖端技术上的应用范围进一步扩大，而且在气象、工程设计、数据处理以及其他科学研究领域也得到了应用。

• 第三代，1964-1975年，小、中规模集成电路（SSI，MSI）计算机；（下图为中国第一台集成电路电子计算机）

 　　

　　这一时期的计算机采用小、中规模集成电路为基本器件，因此功耗、体积和价格等进一步下降，而速度及可靠性相应提高，使得计算机的应用范围进一步扩大。

• 第四代，1975-1990年，大、超大规模集成电路（LSI，VLSI）计算机；

 　　

　　20世纪60年代后，微电子技术迅猛发展，半导体存储器问世，迅速取代了磁芯存储器，并且不断向大容量、高集成度、高速度方向发展。

　　1973年开始出现了包含CPU的单片IC（微处理器），以微处理器为核心的电子计算机就是微型计算机。微型计算机的出现，形成了计算机发展史上的又一次革命，使得计算机进入了几乎所有的行业。

• 第五代，1990-200X年，甚大规模集成电路（ULSI）计算机；

 　　

　　计算机发展到第五代，其主要标志有两个：一个是单片集成电路规模达100万晶体管以上；另一个是超标量技术的成熟和广泛使用。（超标量技术：一个周期运行多条指令。关于超标量后面再详解）

• 第六代，200X-20XX年，极大规模集成电路（ELSI）计算机。

 　　

　　我们如今所处的就是第六代计算机，它是极大规模的集成电路计算机，单片集成电路规模可达一亿到十亿个晶体管，如现今的酷睿i7处理器上有7亿以上的晶体管。

计算机的发展趋势

　　进入计算机时代,计算机的发展趋势正向着”两极”分化。

　　一极是微型计算机向更微型化、网络化、高性能、多用途方向发展。微型计算机分为台式机、笔记本、以及掌上电脑等。由于它们体积小、成本低而占领了整个国民经济和社会生活的各个领域。

　　另一极则是巨型机向更巨型、超高速、并行处理、智能化方向发展。它是一个国家科技水平、经济实力、军事实力的象征。在解决天气预报、地震分析、航空气动、流体力学、卫星遥控等等方面，巨型机都能大显身手。

　　随着新的元器件及其技术的发展，新型的超导计算机、量子计算机、光子计算机、生物计算机、纳米计算机等将会在21世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

计算机分类

　　我们总会在新闻中看到超算的排名，今年中国的神威·太湖之光”和“天河二号”第三次携手夺得前两名。那么什么是超算呢？和我们的PC是一样的吗？这其实就牵涉到了计算机的分类。以计算机的复杂度和运算能力进行分类的话，主要可以分为一下几类。

• 超级计算机（Supercomputer）：是运算速度最快的计算机，但是相对的维护和操作费用也最高。主要用于需要有高速计算的计划中。例如：国防军事、气象预测、天空科技，用于模拟的领域较多。

• 大型计算机（Mainframe Computer）：MaC通常也具有数个高速的CPU，功能上虽不及SC，但也可用来处理大量资料与复杂的运算。例如大型企业的主机、全国性的证券交易所等每天需要处理数百万笔数据的企业机构，或者是大型企业的数据库服务器等等。

• 迷你计算机（Minicomputer）：MiC仍保有大型计算机同时支持多用户的特性，但是主机可以放在一般作业场所，不必像前两个大型计算机需要特殊的空调场所。通常用来作为科学研究、工程分析与工厂的流程管理等。

• 工作站（Workstation）：Ws的价格又比迷你计算机便宜许多，是针对特殊用途而设计的计算机。在个人计算机的效能还没提升到目前的状况之前，工作站计算机的性能/价格比是所有计算机当中较佳的，因此在学术研究与工程分析方面相当常见。

• 微电脑（Microcomputer）：又可以成为个人电脑，也是这里我们主要探讨的目标，体积最小，价格最低，单功能还是五脏俱全的。大致又可分为台式机和笔记本等。

　　若光以效能来说，目前的个人计算机效能已经够快了，甚至已经比工作站等级以上的计算机指令周期还要快。但是工作站计算机强调的是稳定不当机，并且运算过程要完全正确，因此工作站以上等级的计算机在设计时的考虑与个人计算机并不相同。这也是为啥工作站等级以上的个人计算机售价较高的原因了。