《计算机组成原理》— 计算机系统概述

第 1 章 计算机系统概论

基本知识点：计算机的发展，计算机组成，计算机硬件中各部件的功能，冯·诺依曼计算机的特点，计算机系统的层次结构，软件与硬件的逻辑等效性，计算机的各种性能指标及其含义。

重 点：计算机系统的层次结构，计算机的各种性能指标及其含义。

难 点：计算机的各种性能指标及其含义。

1.1 知识点 1：计算机的发展和系统结构

1.1.1 要点归纳

1. 计算机的发展

          第一台计算机 ENIAC 于 1946 年在美国宾夕法尼亚大学问世，迄今为止经历了 60 多年，其代表人物是英国的科学家图灵和美籍匈牙利科学家冯·诺依曼。从使用器件的角度来说，计算机发展大致经历了 5 代的变化：

☆ 第 1 代计算机（1946～1957 年）——电子管时代。主要特点是采用电子管作为运算和逻辑元件，体积大、成本高、可靠性低，运算速度为每秒几千次至几万次。

☆ 第 2 代计算机（1958～1964 年）——晶体管时代。主要特点是用晶体管代替电子管作为运算和逻辑元件，用磁芯作为主存储器，磁带和磁盘用作外存储器，可靠性提高、体积缩小、成本降低。运算速度为每秒几万次至几十万次。

☆ 第 3 代计算机（1965～1971 年）——中小规模集成电路时代。主要特点是用集成电路代替了分立元件，用半导体存储器取代了磁心存储器，可靠性进一步提高、体积进一步缩小、成本进一步降低。运算速度为每秒几十万次至几百万次。

☆ 第 4 代计算机（1972～1990 年）——超大规模集成电路时代。主要特点是以大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）作为计算机的主要功能部件，可靠性高、体积小、成本更低。运算速度为每秒 1000万次至 1 亿次。

☆ 第 5 代计算机（1991年至今）——巨大规模集成电路时代。主要特点是以巨大规模集成电路作为计算机的主要功能部件，可靠性高、容量大和集成度高。运算速度提高到每秒 10 亿次。

      计算机按用途可分为专用计算机和通用计算机。根据计算机的速度、价值等，又将通用计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机等，它们的结构规模和性能指标依次递减。当前计算机的主要发展方向主要体现在 5 个方面：巨型化、微型化、网络化、智能化和多媒体化。

计算机的发展与半导体存储器的发展密不可分。1970 年，仙童半导体公司生产出第一个较大容量的半导体存储器，至今半导体存储器经历了 11 代，即单个芯片从 1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB、64MB、256MB 到现在的 1GB。同存储器芯片一样，处理器芯片的单元密度也在不断增加，每块芯片上的单元个数越来越多，构建一个计算机处理器所需芯片数越来越少。1971 年 Intel 公司开发出第一个微处理器Intel 4004，至今微处理器经历了 Intel 8008（8 位）、Intel 8080（8 位）、Intel 8086（16 位）、Intel  8088（16 位）、Intel 80286（16 位）、Intel80386（32 位）、Intel 80486（32 位）、Pentium（32位）、Pentium Pro（64 位）、PentiumII（64 位）、Pentium III（64 位）、Pentium 4（64 位）等。

2. 计算机的系统结构

1）计算机的系统组成

        计算机系统由硬件和软件两部分组成。硬件是指有形的物理设备，是计算机系统中实际物理装置的总称。软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。

       硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。两者相互依存，相互促进。软件与硬件的结合，构成完整的计算机系统。如图 1.1 所示是简单的软硬件层次化结构。

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