计算机系统的概述

一, 计算机系统的定义

计算机系统的概念

计算机系统= 硬件 + 软件

硬件的概念

计算机的实体, 如主机, 外设等
计算机系统的物理基础
决定了计算机系统的天花板瓶颈

软件的概念

由具有各类特殊功能的程序组成
决定了把硬件的性能发挥到什么程度

软件的分类

系统软件

用来管理整个计算机系统

举个例子

操作系统, 数据库管理系统(DBMS), 标准程序库, 网络软件, 语言处理程序, 服务程序

应用软件

按任务需要编制成的各种程序

举个例子

抖音, 王者荣耀, 迅雷, 美图秀秀, …

计算机性能的好坏

计算机性能的好坏取决于"软", "硬"件功能的总和

二, 计算机发展历程

(1), 计算机硬件的发展

计算机的四代变化

从第一台计算机电子数字计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)问世以来, 计算机的发展已经经历了四代.

1. 第一代计算机(1946 -1957年)–电子管时代.
   

特点:

1. 逻辑元件采用电子管
2. 使用计算器语言进行编程
3. 主存储器用延迟线或磁鼓存储信息, 容量极小
4. 体积庞大, 成本高
5. 运算速度较低, 一般只有几千次到几万次每秒

2. 第二代计算机(1958 - 1964年)–晶体管时代.
   

特点:

1. 逻辑元件采用晶体管
2. 运算速度提高到几万次到几十万次每秒
3. 主存储器使用磁芯存储器
4. 计算机软件也得到了发展, 开始出现高级语言及其编译程序, 有了操作系统的雏形

3. 第三代计算机(1965 - 1971年)–中小规模集成电路时代.
   

特点:

1. 逻辑原件采用中小规模集成电路
2. 半导体存储器开始取代磁芯存储器
3. 高级语言发展迅速, 操作系统也进一步发展, 有了分时操作系统

4. 第四代计算机(1972年至今)–超大规模集成电路(CPU)时代.
   

特点:

1. 逻辑元件采用大规模集成电路和超大规模集成电路, 产生了微处理器
2. 诸如并行, 流水线, 高速缓存和虚拟存储器等概念用在了这代计算机中

(2), 计算机元件的更新换代

1), 摩尔定律

当价格不变时, 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, 性能也将提升一倍.
也就是说, 我们现在和18个月后花同样的钱买到的CPU, 后者的性能是前者的两倍.
这一定律揭示了信息技术进步的速度.

2), 半导体存储器的发展

1970年, 美国仙童半导体公司生产出第一个较大容量的半导体存储器经历了存储容量的发展: 单芯片 1KB, 4KB, 16KB, 64KB, 256KB, 1MB, 4MB, 16MB, 64MB, 256MB 和 1GB等, 现在可以达到 1TB.

3), 微处理器的发展

自 Intel 8008 (8位), Intel 8086(16位), Intel 80386(32位), Pentium(32位), Pentium III(64位), Pentium 4(64位), Core i7(64位) 等. 这里的32位, 64位指的是机器字长, 是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数.

机器字长: 计算机一次整数运算所能处理的二进制位数

(3), 硬件系统目前的发展趋势

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

另一极是巨型机:

向更巨型化, 超高速, 并行处理, 智能化方向发展

(4), 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了很大的贡献.
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.
其中高级语言的发展真正促进了软件的发展, 它经历了从科学计算到工程计算的FORTRAN, 结构化程序设计的PASCAL到面向对象的C++和适应网络环境的Java.
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, 如Windows, UNIX, Linux等.