（计算机组成原理）1.1 计算机发展历程

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咸鱼学长讲稿 感觉讯飞识别咸鱼学长的声线识别的还是很准确的嘿嘿????

第1章的内容，计算机系统的概述，那既然我们要聊计算机系统，所以我们首先应该给计算机系统下一个定义，计算机系统由硬件和软件这样的两大部分组成，那所谓的硬件就是计算机的实体部分就是我们看得见摸得着的那些东西，就比如说啊大家熟悉的主机还有外设外设，就是像什么鼠标啊，键盘啊，显示器啊这些东西，那软件呢就是我们看得见但是摸不着的那些，比如操作系统就是软件，还有我们平时喜欢用的微信，微博那些东西也是软件，那硬件是计算机系统的物理基础，它决定了这个计算机系统，它的天花板瓶颈在哪，而软件又决定了我们可以把这个硬件的性能发挥到什么样的程度，所以当我们在评判一个计算机系统的好坏优劣的时候我们我们除了。不到什么样的程度，所以当我们在评判一个计算机系统的好坏优劣的时候，我们除了看硬件功能怎么样之外，也需要看软件功能够不够优秀，所以可能这也是啊，为什么很多同学他喜欢用苹果手机的原因，很多安卓手机的硬件都要秒杀苹果，但是如果再结合苹果的这些软件生态，那确实有的时候苹果这个计算机系统就是要好用一些，好那软件这个部分又可以进一步的划分为两种，一种是系统软件，一种是应用软件，那所谓系统软件就是指用来管理整个计算机系统的那些软件，比如说操作系统就是最典型的系统软件，还有学过数据库的同学，应该听说过这个东西，数据库管理系统dbms，然后还有一些标准程序库就是我们变成的受贿事件网络软件。被使用的那些破函数，这些属于系统软件，还有网络软件网络软件，就是实现什么TCPIp协议的那些软件模块，当然还有语言处理程序，也就是什么编译程序汇编程序语言处理程序，可以把我们编程使用的高级语言把它翻译成更低级的机器语言，那它也属于系统软件的一个范畴，还有一些服务类的程序也属于系统软件，比如我们调试代码用的调试程序就属于服务程序，除了系统软件之外，其实我们平时自己能够接触到更多的，像什么微信QQ都属于应用类的软件，是按照任务的需求来编制而成的各种程序，这是应用软件总之我们的计算机系统硬件和软件这样的两大部分组成软件就可以进一步划分为系统软件和硬件那我们。进一步的划分为系统软件和应用软件，那我们记住这门课重点要探讨的是硬件部分，所以接下来我们来看一下计算机硬件它的发展历程在1946年第1台电子数字计算机诞生啊，这台计算机有一个响亮的名字叫做埃尼亚克，那1946年刚好是第2次世界大战即将接近尾声的那个时候，当时美国军方在开发新武器的时候，需要计算武器的射程，还有弹道轨迹这些东西，呃，如果用手工的方式来计算，那非常非常的慢，所以军方提出要制造一台可以快速的进行数学运算的计算机，那这个项目请了一个资深的顾问叫做冯诺依曼这个名字我们在之后还会见到这台计算机采用了电子管作为他的逻辑元件什么是逻辑元件了我们再上一个视频。逻辑元件啊，什么是逻辑元件呢？我们在上一个视频当中说过，其实计算机在进行这种数字计算的时候，本质上它就是在处理一些电信号，那所谓逻辑元件，就是用来处理这些电信号的最小的一个基本单元，那这样的一台计算机，其实就是要把很多很多个逻辑元件用线路把它们连接起来，从而实现用电路来运算的一个功能，那可以看到每一个电子管的体积都是很大的啊，基本上由我们半个手掌那么大，那第1台计算机总共使用了1.8万个电子管，所以把这么多个电子管把它们连接起来，把它们组装成一台计算机，就需要很多很多的空间，所以当时第1台计算机的占地面积高达170平方米，同时由于电子管的这种物理特性导致了它的耗电量也很高达到一百五。10平方米同时由于电子管的这种物理特性导致了它的耗电量也很高，达到150千瓦，那除了占地面积大，耗电量惊人之外，它的运算速度也不是特别快没了啊，只能进行千次左右的加法运算，以安妮亚克为代表的这一代计算机，我们把它称为电子管时代，原因就是这一代的计算机使用电子管作为逻辑原件，体积大耗电量高，同时计算速度还比较慢，那在这一阶段程序员都是直接使用机器语言来编程的，那计算机这个机器它只能识别0101这样的二进制数，这样的二进制语言，所以程序员当时编程是在这样的一个纸带上面打孔，有孔的地方表示二进制的力，没有孔的地方表示二进制的一所以在阶段如果你写程序的这。一方表示二进制的，一所以在这个阶段如果你写程序在这一条纸带上啊，比如说出现了一只死掉的小虫子，那么这一只小虫子死在你的纸袋上，是不是会导致纸带机读取的这个二进制0合1，这就是因此为什么程序漏洞程序的一些问题，我们会把它称为程序的bug，是这个原因。会把它称为程序的bug，就是这个原因，but这个词本来表示的是小虫子，但是在最开始就是指代机编程的这个阶段，一个小虫子就会导致你的这个程序出现错误，因此这个说法一直被延续至今程序的错误，我们现在也把它称为程序bug小虫子，好，那这是第1代的计算机使用很不方便，后来有一个著名的实验是贝尔实验室发明了晶体管，那晶体管的这种电气特性可以用来替代电子管，而每一个晶体管的体积大小要比电子管要小得多，呃，看一下这个图，左边这个小节就它就是一个晶体管，右边是电子管啊，体积缩小了很多所以作为计算机的逻辑元件可以让计算机的体积大幅的降低到一所以作为计算机的逻辑元件可以让计算机的体积大幅的降低到一千。大幅的降低，可以看到以前本来需要用一整间房子才可以放得下的计算机，现在我们只需要这样的一小片空间，呃，大概一个厕所的大小就可以了，所以计算机逻辑元件的一个革命导致了我们计算机体积减小，功耗降低，同时由于我们可以用晶体管来设计更复杂的电路，因此计算机的运行速度计算速度也达到了一个质的飞跃，可以达到每秒计算几十万次这样的一个级别，那在这个阶段就开始出现一些高级编程语言，比如说fortune同时为了让计算机能够有自我管理的功能，连续的完成一系列的任务，所以这个时候开始出现操作系统，好，那这是第2个阶段采用了晶体管替代电子管制造一台计算机大概需要几万到几十万个晶体管需要把这些经济。这些晶体管用手工的方式把它们焊接到电路板上，那几十万个晶体管就有可能有几百万个啊这种电焊的点，所以这个所以这个阶段的计算机硬件还是十分不可靠的，任何一个焊点出现问题都可能导致整个计算机都无法工作，那后来有人发明了集成电路，从此计算机进入了第3个时代啊，中小规模集成电路时代，就是会把这些逻辑元件，把这些一个一个的逻辑元件，把它们集成在一个基片上，采用集成电路的制造工艺，使得我们的计算机变得越来越小，同时功耗更低，同时这种集成电路的可靠性要比晶体管手动焊接的那种电路可靠性要高得多在这一阶段各种高级语言开始迅速发展同时操作系统不过在。迅速发展，同时有了分时操作系统，不过在这一阶段，计算机主要还是用于科学计算等等一些专业的用途，还并没有步入个人的生活后来，随着集成电路工艺的一个不断的提升，慢慢的就开始进入了第4代，就是大规模和超大规模集成电路时代，此时开始出现微处理器和微型计算机那微处理器，简单理解其实就是大家熟悉的CPU，像最近苹果的a13这块手机的芯片，它的制造工艺达到了7纳米这样的精度，也就是说每个逻辑元件，每一个晶体管在这个a13芯片里边，它做到了宽度不超过七纳米这样的一个工艺水平，所以一块支架盖大小的微处理器，一个这样的CPU，它就在里边集成了85亿个晶体管，85亿个逻辑元件壮士。5亿个晶体网，85亿个逻辑元件，总之芯片技术的进步导致微处理器的诞生，同时也导致很多微型计算机的诞生之后，微型计算机开始逐渐的步入每一个人的生活，同时这个阶段也开始诞生我跟现在耳熟能详的一些操作系统，windows Linux，那谈到微处理器的发展，我们就不得不提到一个如日中天的名字，英特尔这张表给出了英特尔公司啊，就是这些个年份它推出的一些微处理器，一些CPU，最左边这一溜是微处理器的型号，然后第二溜大家可以看到一个概念叫做机器自尝啊，这儿先简单提一下，所谓机器自尝指的就是你的这个微处理器他一次所能处理的二进制的卫戍最开始八零八零。仪器它一次整数运算所能处理的二进制的位数，最开始8080这个CPU它只能一次处理8个二进制位，而8086可以一次处理16个二进制位，那机器字长的提升显然是会直接影响到CPU的运算速度的，比如使用8080这个CPU，你想要计算16个二进制位的加法，那么你必须进行两次的整数运算，因为每一次你只能处理8位，而如果采用8086这一款CPU，那你只需要进行一次的整数运算，那自从进入奔腾处理器这个系列之后啊，音客的这些CPU基本上就是保持了64位这样的一个机器资产，那我们个人使用的微型计算机基本上就是岁数的发展而发展的发展我们不得不提到这一点。啊，历史就是在1947年的时候，贝尔实验室有三个人发明了晶体管，其中一个人叫做肖克利，他也是1956年的诺贝尔物理学奖得主，就是因为他发明了晶体管，当然了，除了他之外还有另外的两个人和他一起，只不过这个人他后来从贝尔实验室退出了，创建了一个叫做肖克利实验室股份有限公司的公司，他想靠这个公司的生产晶体管来卖钱，那由于这个人晶体管之父这个头衔很响亮，所以在他创业初期的时候吸引了一堆人才，其中有8个人啊分别叫做这样的一些名字，其中一个人叫摩尔啊，先记住这个名字，不过肖克利这个人他虽然很牛，但是他对于公司的管理运营啊不是很好，所以他的这8个小弟觉得跟着他继续干，没有前途于是于是八。8个小弟觉得跟着他继续干没有前途，于是8个人集体辞职，那由于背叛了肖克力，所以肖克力把他们称为8叛徒，后来这8个人他们联合创立了一个公司，叫做仙童半导体公司，这个公司很厉害啊，他们刚开始也是干老本行，就是给IBM之类的企业生产晶体管，后来在1959年仙童半导体公司发明了集成电路，那集成电路技术的出现，才导致我们的计算机从晶体管时代步入了集成电路时代，后来他们这个公司被人收购了之后，这几个人就陆续的退出了仙童半导体公司，其中1968年三个人离开了仙童然后撞了后来的公司一九六九年也是仙童的负责人三个人离开了仙童然后撞了后来的公司一九六九年也是仙童的负责人四。1969年也是相同的一个负责人，叫做三德斯，他离开了仙童，创立了后来的AMD，而英特尔和AMD，这两家公司又是后来超大规模集成电路的一个推行者，所以先同这个公司确实很厉害，这个公司孕育了很多很多啊，业界的大牛，那刚才说到摩尔这个人啊，和他其他几个小伙伴创立了英特尔，那摩尔这个人他还有一个重要的贡献，就是提出了一个很著名的理论，叫做摩尔定律就是说在集成电路上可以容纳的晶体管数目，每隔差不多18个月就是两年左右就可以增加一倍的数量也会提升一倍这就是著名的定律就说如果我现在。就是著名的摩尔定律，就是说如果我现在比如说花2000块钱买了一个CPU，那么我在18个月之后，同样花2000块钱，我可以买到一个性能提升一倍的CPU，那除了处理器的集成度运算速度符合摩尔定律所提出的这种规律之外，其实我们的存储器储存的发展也符合摩尔定律，也就是说相同成本的情况下，每隔大概两年我们的存储器也就是储存的容量，大概可以翻倍，是这样的一个发展速度，那值得一提的是世界上第1个呃较大容量的半导体存储器，也是这个新通公司制造的好，那这是从先从公司离职的摩尔这个人提出的摩尔定律到目前为止我们探讨了计算机硬件的一个发展的阶段分为。值得摩尔这个人提出的摩尔定律到目前为止我们探讨了计算机硬件的一个呃发展的阶段，我们把它分为4个阶段，当然有的教材也可能会把它分为5个阶段或者6个阶段，就是把超大规模集成电路把它单独的划分为一个阶段，甚至再加上一个什么巨大规模的集成电路，总之就是逻辑元件的集成度越来越高，每个逻辑元件越来越小，速度越来越快，功耗越来越低，好，那这是硬件的发展，接下来我们再来简单聊一聊软件的发展啊，先看一下编程语言，因为所有的软件其实都是用编程语言把它编出来的所以编程语言的发展其实皆就决定了我们的软件世界到底有多丰富在计算机发展的初期所有的边城都需要用机器零一零。机器语言也就是0101这样的机器语言来编制，后来由于这种机器语言可读性很差，因此发明了汇编语言，汇编语言其实和机器语言本质上都是一样的，只不过汇编语言会把机器语言转换成人类更方便记忆的一些符号，那关于机器语言汇编语言，我们会在之后的小结进行更详细的探索好，总之刚开始程序员进行编程的时候，除了要关注我要解决的问题是什么之外，也还必须关注到我使用的这台机器，它的特性是什么样的，它能识别的语言到底是怎么样的，我应该怎么来编写。因此这个阶段程序员编写一些软件是很困难的，这也就注定了在这个阶段软件不可能特别多，不可能很丰富为了让便慢慢的开始出现了一些高级的编程语言比如说像什么play那么在这个阶段，而软件不可能特别多，不可能很丰富，后来为了让编程更方便，慢慢的开始出现了一些高级的编程语言，比如说像什么pass卡c加加之类的，那程序员在使用这些高级语言编程的时候，就不需要再关心机器的具体特性是什么，程序员只需要专注于它要解决的问题就可以了，因为这些高级语言基本上是接近我们人类所使用的自然语言的，那有了这些高级语言作为基础，我们的软件世界也越来越丰富，那随着计算机网络技术的发展，又出现了一些类似于Java Python之类的，更适用于网络环境的一些编程语言好，总之编程语言这个东西，它就是用来制造软件的编程语言是否好用是否方便就直接决定了我们的软件世界是否足够丰富那除了应用软件那除了应用软件发展。软件世界是否足够丰富，那除了应用软件的发展之外也有操作系统这种系统软件的发展，像刚开始的操作系统，比如说DOS系统，我们只能用命令行的方式来操作这个计算机，后来逐渐的出现了一些图形化的界面，比如说windows啊，现在我们很喜欢用的安卓IOS这些系统好，总之操作系统这种系统类的软件也在不断的发展，那目前来看我们的计算机系统有两极分化的这种发展趋势，其中一级是呃v型计算机向着更微型化，更加网络化，更加高，性能更加多用途的方向发展，比如说我们的智能穿戴设备，还有手机是可以做的越来越小，但是用途越来越广，立即是朝着巨型化超高速并行处理，智能化的方向发展中国现在最快的一个超级。我并行处理智能化的方向发展，比如说中国现在最快的一个啊超级计算机叫做神威太湖之光，这个名字听起来就很屌，可以每秒进行9.300,000,000亿次的浮点运算，这个是很厉害的，在全世界这台超级计算机的速度可以排到第3名，那大家如果想看一下其他的超级计算机的一个排行的话，可以去这个网站，那现在世界排名第四的超级计算机也是我们国家的，就是天河2号大家应该都听说过好，总之这是计算机发展的另一个极端啊，计算机的体积越来越矩形，当计算速度也是超级快看到每秒9.300,000,000亿次浮点运算这个指标，这不禁让我想到了，如果用这个超级计算机来打游戏，那得有多爽我们介绍了计算机发展的历程计算机学院我们介绍了计算机发展的历程计算机。地产计算机系统是由硬件和软件这样的两大部分组成的，那我们重点探讨的是计算机硬件的发展，呃，其实大家只需要记住每一代的计算机，它的这个逻辑原件的一个更替就好了，第1代是采用电子管作为逻辑元件，耗电量高体积大吗？第2代采用晶体管作为逻辑元件，体积比电子管更小，同时也更省电，而第3代的计算机是采用了中小规模，集成电路，其实就是把晶体管啊，电容啊之类的这些啊元器件，把这些电子元器件高密度的集成在了一个电路板上，那随着集成电路制造工艺的一个提升，就出现了第4代的计算机，也就是采用大规模超大规模集成电路来静静的发展就是这些小节容易做为啥的店我们只是简单的聊。你作为选择题考察的点，大家需要有个印象，但软件的发展呢，我们只是简单的聊一下，也不是这门课需要探讨的重点，那这个小节最后我们简单探讨了计算机目前的发展趋势，一个是更微型多用途，一个是更矩形超高速好的，那以上就是这一小节的全部内容。