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课程：计算机组成原理、操作系统、计算机网络
计算机发展简史
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）
埃尼阿克（ENIAC）：此阶段最著名的计算机
- 为了解决什么问题诞生的？
- 美国在战争中使用了大量的飞机和火箭，为了让炮弹打的准就需要计算射击的参数，这些参数平均需要几千次的运算才能计算出来，没有计算机之前，需要人算。
- 埃尼阿克（ENIAC）长30多米，宽6米，高2.4米，具有18000多个电子管，运行耗电量150千瓦，重量达30吨，占地1500平方英尺，造价约48万美元。约是手工运算的20万倍
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
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
TX-0：此阶段最著名的计算机之一，全世界第一台晶体管计算机，来自MIT(麻省理工大学)林肯实验室
PDP-1：此阶段最著名的计算机之一，当时性能最高的晶体管计算机
- 配置
- 4k内存，每秒200000指令
- 配备512x512的显示器
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）
当时比较畅销的计算机
特点
- 计算机变得更小
- 功耗变得更低
- 计算速度变得更快
第四阶段：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
微型计算机的发展历史
计算机分类
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
- Intel(R) Core(TM)i7-6700k CPU @ 4.00GHz 运算速度: 44.87 GFlop/s = 0.04487TFlop/s
超级计算机排名
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
- 一般给专业的用户使用，比如图片工作者，视频工作者
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，现代计算机都是冯诺依曼机
组成
- 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
功能
- 能够把需要的程序和数据送至计算机中（输入设备实现）
- 能够长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力（存储器实现）
- 能够具备算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理能力（运算器和控制器实现）
- 能够按照要求将处理结果输出给用户（输出设备实现）
结构
冯诺依曼瓶颈
CPU和存储器速率之间的问题无法调和，CPU经常空转等待数据的传输，即CPU处理速度快，而存储设备和CPU之间的传输速度慢
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
结构
- 存储器从广义上理解为可以存储数据的介质：磁带和硬盘等
- 此处所指的存储器是围绕CPU的更高速的设备：内存和CPU的寄存器
计算机的层次与编程语言
程序翻译与程序解释
程序翻译
程序解释
程序翻译和解释的区别与联系
- 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
- 属于电子工程的领域
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
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
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应用
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，使用字节表示：1Byte=8bits
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 = (100/8)MB/s = 12.5MB/s
CPU速度
- 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）
- 主流CPU的时钟频率都在2GHz以上（2GHz = 2x10^9Hz）
- Hz其实就是秒分之一，即每秒中的周期性变动重复次数的计量
- Hz并不是描述计算机领域所专有的单位
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）
Extended ASCII码
- 由于很多应用或者国家中的符号都无法表示，则第一次对ASCII码进行扩充：7bits=>8bits
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个其他符号
- 本地化编码：在中国使用没有问题，跨国可能会有问题，即中国开发了中文网站，外国访问此网站，若本地未安装GB2312，则显示乱码
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，同时支持全部中日韩汉字
- 中国Windows系统默认使用GBK编码
- 本地化编码：在中国使用没有问题，跨国可能会有问题，即中国开发了中文网站，外国访问此网站，若本地未安装GBK，则显示乱码
Unicode：兼容全球的字符集
- 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
- 编程推荐使用UTF-8编码
