发展历史
计算机发展的四个阶段
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最著名计算机 埃尼亚克 (ENIAC)
- 18000多个电子管
- 运行耗电量150千瓦
- 重量30吨，占地1500平方英尺
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电子管计算机
- 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
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晶体管计算机 贝尔实验室的三个科学家发明了晶体管（1954）
- 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
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集成电路计算机 德州仪器的工程师发明了集成电路(IC)
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计算机变得更小
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功耗变得更低
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计算速度变得更快
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System/360 操作系统雏形
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IBM 7904和1401
- 主打功能不同
- 相互无法兼容
- 不愿意投入两组人力
- 所以 催生出System/360 操作系统雏形
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超大规模集成电路计算机
- 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
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未来的计算机 遵循量子力学的物理计算机
- 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
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
- **世界超级计算机排名 ** 截至2018年11月
- **中国超级计算机排名 ** 截至2018年11月
- 天河二号 位于 中山大学
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
- 去”IOE“行动 把大型机替换成 普通服务器
迷你计算机(服务器)
- 也成为小型机，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
- 麻雀虽小，五脏俱全
体系和结构
冯诺依曼体系
- 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
- 现代计算机都是冯诺依曼机
- 必须具备的能力
- 能够把需要的程序和数据送至计算机中
- 能够长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力
- 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
- 能够按照要求将处理结果输出给用户
- 冯诺依曼瓶颈 CPU和存储器速率之间的问题无法调和
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在存储设备之间的性能差异问题
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
- 如：office
速度单位
容量单位
速度单位
网络速度
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)
- Hz是秒分之一 是每秒钟的周期性变动重复次数的计量
字符与编码集
字符编码集的历史
ASCII码
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使用7个bits就可以完全标识ASCII码
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包含95个可打印字符
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33个不可打印字符(包括控制字符)
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33+95=128 =2^7
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缺点很多应用或国家中的符号都无法表示
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Extended ASCII码
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化
- 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
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1995年中国科学家提出
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《汉字内码拓展规范》
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向下兼容GB2312，向上支持国际ISO标准
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收录了21003个汉字，支持全部中日韩汉字
Unicode
- 统一码、万国码、单一码
- 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
