【计算机组成原理 | 第一篇】计算机硬件的发展

前言:

        在信息时代,计算机已经成为我们生活和工作中不可或缺的工具。它们以各种形态存在,从个人电脑到智能手机,再到庞大的数据中心,计算机的应用无处不在。然而,无论计算机的形态如何变化,它们的核心——硬件结构和工作原理——始终遵循着相同的原理。这就是计算机组成原理,一门揭示计算机内部工作机制的学科。

聊计算机组成原理,其实就是在聊计算机的硬件部分,从1946年的冯诺依曼使用电子管创造出了世界上第一台计算机之后,计算机的发展突飞猛进,让我们来看看计算机的发展都经历了几代。

计算机硬件的发展: 

发展阶段 时间 逻辑元件 速度 内存 外存
第一代 1946-1957 电子管 几千-几万 汞延迟线,磁鼓 穿孔卡片,纸带
第二代 1958-1964 晶体管 几万-几十万 磁芯存储器 磁带
第三代 1964-1971 中小规模集成电路 几十万-几百万 半导体存储器 磁带,磁盘
第四代 1972-现在 大规模,超大规模集成电路 上千万-万亿 半导体存储器 磁盘,磁带,光盘,半导体存储器

什么是汞(水银)延迟线?

水银延迟线做内存的这种装置在网上照片都很难找,但根据有限的资料,我还是能简单的理解水银延迟线是如何实现存储数据的能力的。

水银延迟线存储装置其实就是把数据以声波的形式在水银管中传播,声波从水银管的一端到另一端需要一定的时间,我们就可以抽象的认为我们在这段时间内存储到了这个数据

电子管:

晶体管:

集成电路:

而相信如果大家对数码圈感兴趣的话,一定会经常听到一个定理:“摩尔定理”

摩尔定理的主要观念分别是:

  • 晶体管数量翻倍:随着技术的进步,集成电路上可以集成的晶体管数量每两年翻一番,这意味着芯片的性能也会随之提高。

  • 性能提升:晶体管数量的增加通常意味着计算能力的提升。因此,摩尔定律也暗示了计算设备性能的指数级增长。

  • 成本降低:随着晶体管尺寸的缩小,单个晶体管的成本也随之降低,这使得更高性能的计算设备更加经济实惠。

 计算机软件的发展:

  1. 早期计算机时代(1940s-1950s)

    • 早期的计算机需要通过物理方式(如插线板或打孔卡片)来编程。
  2. 汇编语言时代(1950s-1960s)

    • 出现了汇编语言,它是一种低级语言,通过助记符来表示机器指令。
  3. 高级编程语言的诞生(1960s)

    • 出现了第一批高级编程语言,如FORTRAN、COBOL和BASIC,它们允许程序员使用更接近自然语言的语法来编程。
  4. 操作系统的发展(1960s-1970s)

    • 操作系统开始出现,如UNIX和MS-DOS,它们为软件提供了一个管理和抽象硬件的平台。
  5. 个人计算机的兴起(1970s-1980s)

    • 个人计算机开始普及,软件开始面向更广泛的用户群体。
  6. 图形用户界面(GUI)的引入(1980s)

    • 苹果的Macintosh和微软的Windows操作系统引入了图形用户界面,使得计算机操作更加直观和用户友好。

总结:

计算机的发展是一个不断进步和创新的过程,从硬件的逻辑元件到软件的编程语言和用户界面,都经历了显著的变革。这些变革不仅提高了计算机的性能,也极大地扩展了它们的应用范围,使计算机成为现代社会不可或缺的工具。

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