【计算机组成原理】——计算机发展简史

计算机发展的四个阶段

【1946-1957】第一阶段：电子管计算机

• 第二次世界大战是电子管计算机产生的催化剂
  • 英国为了解密德国海军的密文而生产了第一台电子管计算机。
  • 著名计算机ENIAC：战争使用了飞机和火箭，为了更准确和高效地计算射击参数而发明了ENIAC。
    • 集成度小，空间占用大
    • 功耗高，运行速度慢（但仍然是手工计算的百万倍）
    • 操作复杂，更换程序需要接线

【1957-1964】第二阶段：晶体管计算机

• 前提：贝尔实验室的三个科学家发明了晶体管
• 著名计算机
  • TX-0：来自MIT林肯实验室
  • PDP-1: 当时性能最高的晶体管计算机
    • 4k内存，每秒200,000指令
    • 配备512×512的显示器
• 优点：
  • 集成度相对较高，空间占用相对小
  • 功耗相对较低，运行速度较快
  • 操作相对简单，交互更加方便

【1964-1980】第三阶段：集成电路计算机

• 前提：德州仪器的工程师发明了集成电路（IC）
• 优点（具备了进入千家万户的条件）：
  • 计算机变得更小
  • 功耗变得更低
  • 计算速度变得更快
• 诞生了操作系统：IBM的两款计算机7094、1401卖的很好，但是也存在几个问题：
  • 主打功能不同
  • 相互无法兼容
  • 买家不愿意投入两组人力
    由此，IBM推出兼容的产品System/360（操作系统的雏形）

【1980-现在】第四阶段：超大规模集成电路计算机

• 优点：
  • 一个芯片集成了上百万的晶体管
  • 速度更快，体积更小，价格更低，更能被大众接受
  • 用途丰富：文本处理、表格处理、高交互的游戏与应用
• PC的出现。其中，乔布斯的apple以及apple二代较为出名。

【未来】第五个阶段：未来的计算机

• 生物计算机：以蛋白质分子作为主要原材料，优点如下：
  • 体积小，效率高
  • 不易损坏，生物级别的自动修复
  • 不受信号干扰，无热损耗
• 量子计算机：遵循量子力学的物理计算机，发展：
  • 2013年5月，谷歌和NASA发布D-Wave Two
  • 2017年5月，中国科学院宣布制造出光量子计算机
  • 2019年1月，IBM展示了世界首款商业化量子计算机
  • 腾讯在2017年就组建了量子实验室
  • 阿里巴巴在2017年成立了达摩院

微型计算机的发展历史

• 发展条件：第一二阶段不足以具备微机发展的条件，故微机从第三阶段开始发展
• 单核CPU性能发展：
  • （1971-1973）500KHz频率的微型计算机（字长8位）
  • （1973-1978）高于1MHz频率的微型计算机（字长8位）
  • （1978-1985）500MHz频率的微型计算机（字长16位）
  • （1985-2000）高于1GHz频率的微型计算机（字长32位）
  • （2000-现在）高于2GHz频率的微型计算机（字长64位）
• Intel提出摩尔定律：集成电路的性能，每18-24个月就会提升一倍，但在20世纪后慢慢失效，由此出现了多核CPU的发展
• 多核CPU发展：
  • （2005）Intel奔腾系列双核CPU、AMD速龙系列
  • （2006）Intel酷睿四核CPU
  • Intel酷睿系列十六核CPU
  • Intel至强系列五十六核CPU