计算机系统概述

计算机发展历程

计算机硬件的发展

计算机的四代变化

从1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC问世以来，计算机的发展经历了四代。

第一代计算机（1946-1957）电子管时代。特点：逻辑元件采用电子管，使用机器语言进行编程，主存用延迟线或磁鼓存储信息，容量极小，体积庞大，成本高，运算速度较低。

第二代计算机（1958-1964）晶体管时代。特点：逻辑元件采用晶体管，运算速度提高，主存使用磁芯存储器，软件开始使用高级语言，有了操作系统的雏形。

第三代计算机（1965-1971）中小规模集成电路时代。特点：逻辑元件采用中小规模集成电路，半导体存储器开始取代磁芯存储器，高级语言发展迅速，操作系统也进一步发展，开始有了分时操作系统。

第四代计算机（1972-现在）超大规模集成电路时代。特点：逻辑元件采用大规模集成电路和超大规模集成电路，并产生了微处理器，并行、流水线、高速缓存和虚拟存储器等概念用在了此代计算机中。

计算机元件的更新换代

摩尔定律：每18个月，集成电路上可容纳的晶体管书目增加一倍，性能提升一倍，价格下降一半。

半导体存储器的发展

微处理器的发展

计算机软件的发展

计算机软件技术的蓬勃发展，也为计算机系统的发展做出来很大的贡献。计算机语言的发展经历了面向机器的机器语言和汇编语言、面向问题的高级语言。与此同时，直接影响计算机系统性能提升的各种系统软件也有了长足的发展，特别是操作系统。

计算机的分类与发展方向

电子计算机可分为电子模拟计算机和电子数字计算机。数字计算机按用途可分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机。

计算机系统层次结构

计算机系统的组成

硬件系统和软件系统共同构成了一个完整的计算机系统，硬件是指具有形的物理设备，是计算机系统中实际物理装置的总称。软件则是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。

计算机硬件的基本组成

早期的冯·诺依曼机

冯·诺依曼提出了”存储程序“的概念：将指令以代码的形式事先输入到计算机主存储器中，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直到程序执行结束。

“存储程序”的思想奠定了现代计算机的基本结构，以此概念为基础的各类计算机通称为冯·诺依曼机，其特点如下：

1.计算机硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备组成。

2.指令和数据均以二进制代码表示且以同等地位存于存储器内，并且可以按地址寻访。

3.指令由操作码和地址码组成。操作码表示操作的性质，地址码表示操作数在存储器中的位置。

4.指令在存储器内按顺序存放，通常指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。

5.早期的冯·诺依曼机以运算器为中心，输入/输出设备通过运算器与存储器传送数据。