计算机组成原理之概述
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
诞生背景
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第二次世界大战是电子管计算机产生的催化剂
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英国为了解密德国海军的密文
埃尼阿克(ENIAC) 产生的目的◆
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打得准则需要计算射击参数
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战争使用了飞机和火箭
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射击参数需要几千次运算才能计算出来
埃尼阿克(ENIAC)
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运行耗电量150千瓦 ，18000多个电子管 ，重量达30吨，占地1500平方英尺
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集成度小，空间占用大 ◆ 操作复杂，更换程序需要接线
第二个阶段：晶体管计算机
集成度相对较高，空间占用相对小 ◆ 操作相对简单，交互更加方便
贝尔实验室的三个科学家发明了晶体管
第三个阶段：集成电路计算机
德州仪器的工程师发明了集成电路(IC
第四个阶段：超大规模集成电路计算机
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◆ 一个芯片集成了上百万的晶体管
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◆ 速度更快，体积更小，价格更低，更能被大众接受
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◆ 用途丰富：文本处理、表格处理、高交互的游戏与应用
第五个阶段：未来的计算机
生物计算机
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体积小，效率高
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不易损坏，生物级别的自动修复
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不受信号干扰，无热损耗
量子计算机
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2013年5月，谷歌和NASA发布D-Wave Two
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2017年5月，中国科学院宣布制造出光量子计算机
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2019年1月，IBM展示了世界首款商业化量子计算机
微型计算机的发展历史
计算机的分类
超级计算机
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功能最强、运算速度最快、存储容量最大的计算机
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多用于国家高科技领域和尖端技术研究
标记他们运算速度的单位是TFlop/s
超级计算机
大型计算机
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又称大型机、大型主机、主机等
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具有高性能，可处理大量数据与复杂的运算
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在大型机市场领域，IBM占据着很大的份额
工作站
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高端的通用微型计算机，提供比个人计算机更强大的性能
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类似于普通台式电脑，体积较大，但性能强劲
迷你计算机（服务器）
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也称为小型机，普通服务器
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不需要特殊的空调场所
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具备不错的算力，可以完成较复杂的运算
微型计算机
又称为个人计算机，是最普通的一类计算机麻雀虽小、五脏俱全
计算机的体系与结构
冯诺依曼体系
现代计算机都是冯诺依曼机
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必须有一个存储器
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必须有一个控制器
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必须有一个运算器
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必须有输入设备
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必须有输出设备
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
将程序指令和数据一起存储的计算机设计概念结构
冯诺依曼瓶颈
现代计算机的结构
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现代计算机在冯诺依曼体系结构基础上进行修改
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解决CPU与存储设备之间的性能差异问题
计算机的层次与编程语言
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程序翻译与程序解释
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计算机的层次与编程语言
程序翻译与程序解释
程序翻译与程序解释
程序翻译与程序解释
程序翻译与程序解释
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计算机执行的指令都是L0
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翻译过程生成新的L0程序，解释过程不生成新的L0程序
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解释过程由L0编写的解释器去解释L1程序
硬件逻辑层
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门、触发器等逻辑电路组成
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属于电子工程的领域
微程序机器层
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编程语言是微指令集
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微指令所组成的微程序直接交由硬件执行
传统机器层
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编程语言是CPU指令集（机器指令）
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编程语言和硬件是直接相关
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不同架构的CPU使用不同的CPU指令集
操作系统层
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向上提供了简易的操作界面
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向下对接了指令系统，管理硬件资源
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操作系统层是在软件和硬件之间的适配层
汇编语言层
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编程语言是汇编语言
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汇编语言可以翻译成可直接执行的机器语言
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完成翻译的过程的程序就是汇编器
高级语言层
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编程语言为广大程序员所接受的高级语言
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高级语言的类别非常多，由几百种
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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
在物理层面，高低电平记录信息
理论上只认识0/1两种状态
0/1能够表示的内容太少了，需要更大的容量表示方法 0/1称为bit（比特位）
1G内存，可以存储多少字节的数据？可以存储多少比特数据？
1G = 1024^3*Bytes = 1024^3*8bits
为什么网上买的移动硬盘500G，格式化之后就只剩465G了？
网络速度
为什么电信拉的100M光纤，测试峰值速度只有12M每秒？
CPU速度
它是每秒中的周期性变动重复次数的计量
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CPU的速度一般体现为CPU的时钟频率
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CPU的时钟频率的单位一般是赫兹(Hz)
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主流CPU的时钟频率都在2GHz以上
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Hz其实就是秒分之一
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并不是描述计算机领域所专有的单位
计算机的字符与编码集
字符编码集的历史
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ASCII码
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Extended ASCII码
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字符编码集的国际化
ASCII码
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使用7个bits就可以完全表示ASCII码
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包含95个可打印字符
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33个不可打印字符（包括控制字符）
ASCII码
Extended ASCII码
字符编码集的国际化
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欧洲、中亚、东亚、拉丁美洲国家的语言多样性
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语言体系不一样，不以有限字符组合的语言
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中国、韩国、日本等的语言最为复杂
中文编码集
