计算机组成原理第1章 计算机系统概述学习整理素材整理自戴志涛白中英.《计算机组成原理第七版》科学出版社“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。本文为课程作业仅对教材内容进行梳理总结不用于商业用途。引言计算机系统是由硬件与软件共同组成的复杂自动化设备。本章从计算机分类、发展历史入手自上而下介绍计算机的基本构成帮助我们建立对计算机软硬件体系的整体认知。一、计算机的分类按照输入、输出信号形式计算机分为电子模拟计算机与电子数字计算机。电子模拟计算机依靠连续变化的电压信号完成计算数值是连续量。它精度有限、存储能力弱应用场景很少。电子数字计算机以二进制0、1来表示数据数值是离散变化的。我们日常所说的计算机一般都指电子数字计算机也叫电脑。二者的核心区别体现在数据表达方式、计算方式、精度、存储能力、逻辑判断能力等方面。按照使用特征划分计算机可以分为通用计算机和专用计算机。通用计算机具备标准化硬件通过安装不同软件能够适配多种任务台式机、笔记本都属于这类。它适用范围广但针对特定任务时效率不是最优。专用计算机是为特定场景设计的计算机结构相对简单。嵌入式设备、家电里的控制芯片都属于专用计算机。在目标场景中它效率最高但通用性差不能随意更换用途。早期还会按照体积、运算速度等指标划分出超级计算机、大型机、服务器、个人计算机等。但随着硬件技术飞速进步这套分类标准的参考价值已经下降。二、计算机的发展简史世界上第一台电子数字计算机是ENIAC1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学。该机使用一万八千多只电子管体积庞大、功耗高每秒仅能完成5000次运算。虽然性能有限但它奠定了电子计算机发展的基础。计算机硬件发展一共分为五代1. 第一代1946–1957电子管计算机体积巨大成本高可靠性较差。这一阶段形成计算机基础体系确定了程序设计的基本思路。2. 第二代1958–1964晶体管计算机体积缩小功耗下降运算速度提升工业控制领域开始使用计算机。3. 第三代1965–1971中小规模集成电路计算机可靠性进一步提升体积继续缩小小型计算机开始出现。4. 第四代1972–1990大规模、超大规模集成电路计算机硬件可靠性持续提高成本下降微型计算机诞生运算速度大幅增长。5. 第五代1991至今巨大规模集成电路计算机单块芯片可以集成海量晶体管芯片性能持续提升。摩尔定律英特尔创始人戈登·摩尔提出芯片上集成的晶体管数量大约每18个月翻一番。该定律长期推动信息技术产业发展。如今受到物理工艺限制摩尔定律增速放缓。存储器与微处理器的发展20世纪50到60年代计算机依靠磁芯存储信息。磁芯存储器读写速度尚可但制作成本高读出操作具有破坏性配套电路复杂。1970年仙童半导体公司推出大容量半导体存储器存储器技术进入全新阶段。1971年英特尔发布Intel 4004这是世界第一款4位微处理器微处理器时代正式开启。后续8008、8080、8086等芯片陆续推出处理器位宽不断提升从8位、16位逐步发展到现在的64位处理器。国内处理器起步相对较晚经过多年科研攻关龙芯、海光、鲲鹏、飞腾等国产处理器已经实现自主设计在服务器、嵌入式等场景落地应用逐步打破国外技术壁垒。三、本章小结本章作为全书绪论核心是建立计算机系统的宏观认知。1. 电子数字计算机与电子模拟计算机在数据表示方式、精度、存储、逻辑判断能力上存在本质区别。2. 通用计算机、专用计算机在适用范围、运行效率上各有取舍。3. 计算机五代发展核心的变革来自每一代的核心电子元器件更新。4. 摩尔定律概括了集成电路数十年的发展规律现在已经遇到物理瓶颈。5. 存储器、微处理器的发展共同推动计算机不断小型化、高性能化国产芯片也在不断突破。参考文献戴志涛,白中英.计算机组成原理第七版[M].北京:科学出版社.说明本文为本科课程作业仅对教材内容进行整理归纳引用内容均标注来源不做商业用途。