計算機系統的概述

一, 計算機系統的定義

計算機系統的概念

計算機系統= 硬件 + 軟件

硬件的概念

計算機的實體, 如主機, 外設等
計算機系統的物理基礎
決定了計算機系統的天花板瓶頸

軟件的概念

由具有各類特殊功能的程序組成
決定了把硬件的性能發揮到什么程度

軟件的分類

系統軟件

用來管理整個計算機系統

舉個例子

操作系統, 數據庫管理系統(DBMS), 標準程序庫, 網絡軟件, 語言處理程序, 服務程序

應用軟件

按任務需要編制成的各種程序

舉個例子

抖音, 王者榮耀, 迅雷, 美圖秀秀, …

計算機性能的好壞

計算機性能的好壞取決于"軟", "硬"件功能的總和

二, 計算機發展歷程

(1), 計算機硬件的發展

計算機的四代變化

從第一臺計算機電子數字計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)問世以來, 計算機的發展已經經歷了四代.

1. 第一代計算機(1946 -1957年)–電子管時代.
   

特點:

1. 邏輯元件采用電子管
2. 使用計算器語言進行編程
3. 主存儲器用延遲線或磁鼓存儲信息, 容量極小
4. 體積龐大, 成本高
5. 運算速度較低, 一般只有幾千次到幾萬次每秒

2. 第二代計算機(1958 - 1964年)–晶體管時代.
   

特點:

1. 邏輯元件采用晶體管
2. 運算速度提高到幾萬次到幾十萬次每秒
3. 主存儲器使用磁芯存儲器
4. 計算機軟件也得到了發展, 開始出現高級語言及其編譯程序, 有了操作系統的雛形

3. 第三代計算機(1965 - 1971年)–中小規模集成電路時代.
   

特點:

1. 邏輯原件采用中小規模集成電路
2. 半導體存儲器開始取代磁芯存儲器
3. 高級語言發展迅速, 操作系統也進一步發展, 有了分時操作系統

4. 第四代計算機(1972年至今)–超大規模集成電路(CPU)時代.
   

特點:

1. 邏輯元件采用大規模集成電路和超大規模集成電路, 產生了微處理器
2. 諸如并行, 流水線, 高速緩存和虛擬存儲器等概念用在了這代計算機中

(2), 計算機元件的更新換代

1), 摩爾定律

當價格不變時, 集成電路上可容納的晶體管數目, 約每隔18個月便會增加一倍, 性能也將提升一倍.
也就是說, 我們現在和18個月后花同樣的錢買到的CPU, 后者的性能是前者的兩倍.
這一定律揭示了信息技術進步的速度.

2), 半導體存儲器的發展

1970年, 美國仙童半導體公司生產出第一個較大容量的半導體存儲器經歷了存儲容量的發展: 單芯片 1KB, 4KB, 16KB, 64KB, 256KB, 1MB, 4MB, 16MB, 64MB, 256MB 和 1GB等, 現在可以達到 1TB.

3), 微處理器的發展

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. 這里的32位, 64位指的是機器字長, 是指計算機進行一次整數運算所能處理的二進制數據的位數.

機器字長: 計算機一次整數運算所能處理的二進制位數

(3), 硬件系統目前的發展趨勢

兩極分化

一極是微型計算機:

向更微型化, 網絡化, 高性能, 多用途方向發展

另一極是巨型機:

向更巨型化, 超高速, 并行處理, 智能化方向發展

(4), 計算機軟件的發展

計算機軟件技術的蓬勃發展, 也為計算機系統的發展做出了很大的貢獻.
計算機語言的發展經歷了面向機器的機器語言和匯編語言, 面向問題的高級語言.
其中高級語言的發展真正促進了軟件的發展, 它經歷了從科學計算到工程計算的FORTRAN, 結構化程序設計的PASCAL到面向對象的C++和適應網絡環境的Java.
與此同時, 直接影響計算機系統性能提升的各種系統軟件也有了長足的發展, 特別是操作系統, 如Windows, UNIX, Linux等.