计算机发展简史

一、计算机发展的四个阶段

• 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）

  • 特点：

    • 集成度小，空间占用大
    • 功耗高，运行速度慢
    • 操作复杂，更换程序需要接线

• 战争使用了飞机和火箭
• 打得准则需要计算射击参数
• 射击参数需要几千次运算才能计算出来

• 第二阶段：晶体管计算机

  • 贝尔实验室的三个科学家发明了晶体管

  • 特点：

    • 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

• 第三阶段：集成电路计算机

  • 德州仪器的工程师发明了集成电路(IC)

  • 特点：

    • 计算机变得更小
    • 功耗变得更低
    • 计算速度变得更快

IBM推出兼容的产品System/360 => 操作系统的雏形

• 超大规模集成电路计算机

  • 特点：

    • 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

二、微型计算机的发展历史

计算机的分类

超级计算机

• 功能最强、运算速度最快、存储容量最大的计算机
• 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

  • 1TFlop/s=每秒一万亿次浮点计算

  • lntel(R) Core(TM)i7-6700K CPU @4.00GHz:`44.87 GFlop/s`

    • 44.87 GFlop/s = 0.04487TFlop/s

大型计算机

• 又称大型机、大型主机、主机等
• 具有高性能，可处理大量数据与复杂的运算
• 在大型机市场领域，IBM占据着很大的份额

迷你计算机（服务器）

• 也称为小型机，普通服务器
• 不需要特殊的空调场所
• 具备不错的算力，可以完成较复杂的运算

工作站

• 高端的通用微型计算机，提供比个人计算机更强大的性能
• 类似于普通台式电脑，体积较大，但性能强劲

微型计算机

• 又称为个人计算机，是最普通的一类计算机

  • 从构成的本质上来讲,个人计算机与前面的分类无异

计算机的体系与结构

冯诺依曼体系

• 将程序指令和数据一起存储的计算机设计概念结构

  • 必须有一个存储器
  • 必须有一个控制器
  • 必须有一个运算器
  • 必须有输入设备
  • 必须有输出设备
• 能够把需要的程序和数据送至计算机中
• 能够把需要的程序和数据送至计算机中
• 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
• 能够按昭要求将处理结果输出给用户

• CPU和存储器速率之间的问题无法调和

  • CPU经常空转等待数据传输

  

现代计算机的结构

• 现代计算机在冯诺依曼体系结构基础上进行修改
• 解决CPU与存储设备之间的性能差异问题

以存储器为核心：

计算机的层次与编程语言

程序翻译与程序解释

• 计算机执行的指令都是L0
• 翻译过程生成新的L0程序，解释过程不生成新的L0程序
• 解释过程由L0编写的解释器去解释L1程序

计算机的层次与编程语言

硬件逻辑层

• 门、触发器等逻辑电路组成
• 属于电子工程领域

微程序机器层

• 编程语言是微指令集
• 微指令所组成的微程序直接交由硬件执行

传统机器层

• 编程语言是CPU指令集（机器指令)
• 编程语言和硬件是直接相关
• 不同架构的CPU使用不同的CPU指令集

• 对应关系：

  • —条机器指令对应一个微程序
  • 一个微程序对应一组微指令

操作系统层

• 向上提供了简易的操作界面
• 向下对接了指令系统，管理硬件资源
• 操作系统层是在软件和硬件之间的适配层

汇编语言层

• 编程语言是汇编语言
• 汇编语言可以翻译成可直接执行的机器语言
• 完成翻译的过程的程序就是汇编器

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高级语言层

• 编程语言为广大程序员所接受的高级语言
• 高级语言的类别非常多，有几百种
• 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的

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称为bit(比特位)）
• 0/1能够表示的内容太少了，需要更大的容量表示方法

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 = 1024^3Bytes = 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?

硬盘商一般用10进位标记容量

速度单位

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?

网络常用单位为(Mbps)、100M/s = 100Mbps = 100Mbit/s、100Mbit/s=(100/8)MB/s=12.5MB/s

CPU频率

• CPU的速度一般体现为CPU的时钟频率

• CPU的时钟频率的单位一般是赫兹(Hz)

  • Hz其实就是秒分之一，它是每秒中的周期性变动重复次数的计量，并不是描述计算机领域所专有的单位
• 主流CPU的时钟频率都在2GHz以上

2GHz =2*100073Hz=每秒20亿次

计算机的字符与编码集

字符编码集的历史

ASCII码

• 使用7个bits就可以完全表示ASCII码
• 包含95个可打印字符
• 33个不可打印字符（包括控制字符)

很多应用或者国家中的符号都无法表示

数学符号:“÷ ≠ ≥ ≈ T”

第一次对ASCII码进行扩充，7bits => 8bits

Extended ASCII码

• 常见数学运算符
• 带音标的欧洲字符
• 其他常用符、表格符等

字符编码集的国际化

• 欧洲、中亚、东亚、拉丁美洲国家的语言多样性
• 语言体系不一样，不以有限字符组合的语言
• 中国、韩国、日本等的语言最为复杂

中文编码集

GB2312

• 《信息交换用汉字编码字符集——基本集》
• 一共收录了7445个字符
• 包括6763个汉字和682个其它符号

GBK

• 《汉字内码扩展规范》
• 向下兼容GB2312，向上支持国际ISO标准
• 收录了21003个汉字，支持全部中日韩汉字

Unicode

• Unicode:统一码、万国码、单一码
• Unicode定义了世界通用的符号集，UTF-*实现了编码
• UTF-8以字节为单位对Unicode进行编码

Windows系统默认使用GBK编码

编程推荐使用UTF-8编码