“第四十八天” 计算机组成原理

        数据结构学完了，不过也就是匆匆过了一遍，后面肯定还是要重来的。现在开始学机组了。

计算机发展历程：

        计算机硬件唯一能识别的数据是二进制的 0/1，而在计算机中用低/高电平表示 0 / 1，也就是通过电信号传递数据，为什么只表示0/1，在之前c语言学习中有简单提及，因为越细分，电平越难区别，不知道机组会不会有更详细的解释。

        计算机系统 = 软件 + 硬件 ，计算机性能的好坏取决于“软”、“硬”件功能的总和。

硬件是指计算机的实体，如主机和外设等；软件则是由具有各类特殊功能的程序组成，又可分为系统软件和应用软件 ，前者用来管理整个计算机系统，如操作系统，数据库管理系统，标准程序库，网络软件，语言处理程序，服务程序等，后者是指按任务需要编织成的各种程序，如抖音，王者荣耀，迅雷等。

        计算机硬件的发展可分为四个阶段，第一个阶段是电子管时代，1946-1957，其逻辑元件是电子管，体积大（大约有半个手掌）且耗电量大，但运算速度低，每秒只有几千到几万次，内存是汞延迟线、磁鼓，外存是穿孔卡片、纸带，此时人们使用机器语言（二进制）进行编程。（内存好像就是运行内存，外存就是硬盘那些东西）。

        第二代是晶体管时代，1958-1964，此时的逻辑元件是晶体管，晶体管的体积比电子管小的多，而且功耗降低，运算速度是几万到几十万，内存是磁芯存储器，外存是磁带，此时出现了面向过程的程序设计语言：FORTRAN，有了操作系统雏形。

        第三代是中小规模集成电路，1964-1971，此时的逻辑元件是中小规模集成电路（将元件集成到基片上），运算速度是几十万到几百万次，内存是半导体存储器，外存是磁带、磁盘。此时的计算机主要用于科学计算等专业用途，高级语言迅速发展，开始有了分时操作系统。

        第四代是大规模、超规模集成电路时代，1972到现在，此时的逻辑元件是大规模、超大规模集成电路，运算速度已经可以达到上千万次到万亿次了，内存是半导体存储器，外存是磁盘、磁带、光盘、半导体存储器。此时开始出现“微处理器”，微型计算机，个人计算机萌芽，操作系统：Windows、Macos，Linux..  这个时候的微处理器已经不可同日而语，如苹果A13的制作工艺达到7nm，也就是每个元件宽度是7nm，所以一个指甲盖大小的微处理器可以拥有85亿个晶体管，这和最初要占地几十平方米的巨型计算器已经是天壤之别了。

        微型计算机的发展以微处理器技术为标志。

        机器字长：计算机一次整数运算所能处理的二进制位数。

        这里还有另一个摩尔定律：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，整体性能也将提升一倍。其揭示了信息技术进步的速度。实际上半导体存储器的发展也大致符合这个规律。

        目前计算机的发展趋势是“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；

一极是巨型机向更巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展，如我国的神威•太湖之光，其每秒可以进行9.3亿亿次的浮点运算，这个数还是蛮震惊的，有时候可能都意识不到现代科技已经发展到何种程度了。

计算机硬件的基本组成：

1、早期的冯诺依曼机的结构   2、现代计算机的结构

        最开始的计算机是人们通过手动接线来控制计算的，这里好像手动控制很麻烦，但具体到底怎么回事，我没有get到。对于这种情况，冯诺依曼提出了”存储程序“，这个概念是指将指令以二进制代码的形式事先输入计算机的主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行其他指令，直到程序执行结束。

        第一台采用冯诺依曼结构的计算机是EDVAC。

（我看的是王道的课，这个是截图）

        早期的冯诺依曼机是以运算器为核心的，数据的存放都要通过运算器，这就导致运算器在负责计算的同时还要负责承担数据运输，这影响的运算的速度，同时数据存取也需要通过运算器，而不是直接从存储器中拿去，也影响程序的运行速度。

这里输入输出设备是承担信息形式转换的。

        冯诺依曼机的特点:

1、计算机由五大部件组成；

2、指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访；

3、指令和数据用二进制表示；

4、指令由操作码和地址码组成；

5、存储程序；但这个什么意思我不是很清楚还。

6、以运算器为中心，输入和输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成。

        现代计算机的结构：

现代计算机是以存储器为中心，我们常说的cpu就是运算器和控制器的集合；

对于存储器可以分为主存和辅存，主存就是内存，辅存就是硬盘之类的，

主机是指cpu和主存储器的集合，输出输入设备则被称为外设或者 I/O设备；主机和外设统称为硬件。