计算机组成原理——计算机系统概述

|| 计算机的发展历程

世界上第一台通用电子计算机是1946年在美国诞生的 ENIAC，设计师是美国宾夕法尼亚大学的 Mauchly 和他的学生 Eckert 。Mauchly 常常为物理学研究中屡屡出现的大量枯燥、繁琐的数学计算而头痛，渴望计算机帮忙。当时正值第二次世界大战期间，军方急需一种高速电子装置来解决弹道的复杂计算问题，Mauchly 和Eckert 的方案得到了军方的支持，在冯诺依曼等人的帮助下成功研制出第一台电子计算机。1946年2月，美国陆军军械部与摩尔学院共同举行新闻发布会，宣布了第一台电子计算机 ENIAC ( Electronic Numerical Integrator and Computer ,电子数字积分机和计算机）研制成功的消息。

ENIAC能进行每秒5000次加法运算、每秒400次乘法运算以及平方和立方、sin和cos函数数值运算。当时主要用它来进行弹道参数计算，60秒钟射程的弹道计算时间由原来的20分钟一下子缩短到仅需30秒。ENIAC是个庞然大物，耗资40多万美元，使用了18000个真空管，重30吨，占地面积170㎡，耗电150千瓦，第一次开机时甚至使整个费城地区的照明都闪烁变暗。该机正式运行到1955年10月2日，这十年共运行了80223个小时。

自从第一台通用电子计算机ENIAC诞生后，人类社会进入到了一个崭新的电子计算和信息化时代。传统上以元器件的更新作为计算机技术进步和化代的主要标志。

第一代计算机（20世纪40年代中到20世纪50年代末）为电子管计算机，逻辑元件采用电子管，存储器件为声延迟线或磁鼓，典型逻辑结构为定点运算。

由于ENIAC存在很多问题，比如没有存储器，也没有采用二进制，1945年，冯诺依曼以《关于EDVAC的报告草案》为题，发表了全新的“存储程序通用电子计算机方案”，宣告了现代计算机结构思想的诞生。

比如，1949年EDSAC、1951年的IAS、UMVAC-1、1956年的IBM 704。

第二代计算机（20世纪50年代中后期到20世纪60年代中）为晶体管计算机。比如IBM公司宣布全晶体管计算机 7070 和 7090 开启了第二代计算机蓬勃发展的新时期。这一代计算机除了逻辑元件采用晶体管以外，其内存采用次新存储器，外存采用磁鼓与磁带存储器，实现了浮点运算，并在系统结构方面提出了变址、中断、I/O 处理器等新概念，与第一代相比具有体积小、速度快、功耗低、可靠性高等优点。

第三代计算机（20世纪60年代中到20世纪70年代中后期）为集成电路计算机。集成电路的应用是微电子与计算机技术相结合的一大突破，为构作运算速度快、价格低、容量大、可靠性高、体积小、功耗低的各类计算机提供了技术条件。IBM 360 系统采用了一系列计算机新技术，包括微程序控制、高速缓存、虚拟存储器、流水线技术等。

第四代计算机（20世纪70年代后期开始）为超大规模集成电路计算机。20世纪70年代，随着微电子学飞速发展而产生的大规模集成电路和微处理器给计算机工业注入了新鲜血液。可以看出，半导体集成电路的集成度越来越高，速度也越来越快，发展遵循以下定律：每18个月，集成度将翻一番，速度将提高一倍，价格将降低一半。

第四代计算机时期的另一个重要特点是计算机网络的发展与广泛应用。由于计算机技术与通信技术的高速发展与密切结合，掀起了网络热潮，大量的计算机联入不同规模的网络中，通过Internet与世界各地的计算机相联，大大扩展和加速了信息的流通，增强了社会的协调与合作能力，使计算机的应用方式也由个人计算方式向网络化发展。

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作者：Matts Tian

计算机组成 系统