計算機組成原理
此系列為王道計算機考研組成原理精細筆記
計算機組成原理-第一章（1）-概述
- 計算機組成原理
- 前言
- 一、計算機系統的概述
- 二、計算機發展簡史
- 第一代-電子管
- 第二代-晶體管
- 第三代-中小規模集成電路
- 第四代-大規模、超大規模集成電路
- 硬體的發展
- 軟體的發展
- 小結
- 總結
前言
??我們現在都在使用電腦手機這些東西，這些都屬于計算機的范疇，計算機的最底層是由一些硬體組成的，在硬體之上，我們會加設作業系統，在作業系統之上我們安裝一些軟體（屬于資料結構），再通過計算機網路實作所有計算機之間的互聯互通，這就是我們現在生活的資訊化世界，
CPU，針腳用來傳遞資料
??計算機是用來存盤資料和處理資料用的，例如我們拍了一張照片，這張照片的資料我們希望用計算機將其保存，然后進行處理，就比如我們使用美圖秀秀進行一頓騷操作之后，這個程序就是計算機對我們照片的資料進行運算和處理的程序，而計算機所處理的資料都是一些0101的資料，如圖所示：
??我們知道了計算機只能識別0/1，這時我們應該去思考計算機是怎么去區分0和1的呢？答：我們可以分別用兩種電信號，低電平和高電平進行表示0/1，那么問題又來了，什么是高電平什么是低電平呢？電壓比較低的情況視為低電平0，電壓比較高德情況視為高電平1，
??本質上，我們在計算機內部傳遞資訊就是通過電信號進行傳遞的，而我們之前所看到硬體的針腳就是用來傳遞電信號的，也就是用來發送和接受二進制數的一些通道，
??那么，硬體與硬體之間是怎么交換他們的二進制數的呢？
??如圖，它們是通過印刷電路板上一條一條的線來
??了解了這些，就引發了下列問題，而計組這門課就能夠帶我們去解決這些問題，
一、計算機系統的概述
??通常，學習計組時，我們會問什么是計算機系統？
我們給出的回答是：
??計算機=硬體（計算機物體如主機外設等）+軟體（作業系統，應用程式）硬體是計算機的物理基礎，它決定計算機性能的天花板，軟體決定我們可以將硬體的性能發揮到什么程度，計算機性能的好壞取決于軟體+硬體功能的總和，
特別的，我們需要了解：
軟體有分為：系統軟體和應用軟體，
標準程式庫：我們編程時會使用的那些庫函式，
網路軟體：實作TCP/IP協議的那些網路模塊，
語言處理程式：編譯程式、匯編程式（將高級語言翻譯為機器語言），
服務程式：除錯代碼的除錯程式，
二、計算機發展簡史
第一代-電子管
??世界上第一臺電子數字計算機是1946年在美國賓夕法尼亞大學制成的，
??這臺計算機采用了電子管作為它的邏輯元件，什么是邏輯元件呢？前面說過計算機在進行數字計算的時候就是在處理一些電信號，所謂邏輯元件就是用來處理這些電信號的最小基本單元，
??以ENIAC為代表的這一代計算機，我們將其稱為電子管時代，原因就是這一代的計算機使用電子管作為邏輯元件，這一時代，程式員都是使用機器語言進行編程的，計算機只能識別0101這樣的二進制原因，程式員當時就是在紙帶上打孔，有孔的地方表示二進制的0沒有孔的地方表示二進制的1，如果在你寫程式的時候，紙帶上有一只死掉的小蟲子，那么死掉小蟲子的那一塊地方就會出現錯誤，紙帶機無法讀取，這也是我們為什么要將程式的漏洞稱為bug的原因，因為bug本來表示的就是小蟲子，所以我們現在依舊成程式的漏洞為bug，
第二代-晶體管
??后來一個著名的實驗室-貝爾實驗室發明了晶體管，而每個晶體管的大小要比電子管要小的多，所以用晶體管替代電子管作為邏輯元件可以使計算機的體積得到大幅的降低，我們也能夠使用晶體管設計更復雜的電路，這使得計算機的速度也大幅度提升，這時候也出現了如FORTRAN這樣的高級編程語言，也逐漸出現了作業系統，
??制造一臺計算機需要幾萬到幾十萬個晶體管，需要將這些晶體管用手工焊接的方式將其焊到電路板上，幾十萬個晶體管就會有幾百萬個焊點，這個時候的計算機硬體還是非常不可靠的，因為只要一個焊點出現問題整個計算機都無法作業，
第三代-中小規模集成電路
??后來有人發明了集成電路，計算機也由此進入第三個時代-中小規模集成電路時代，就是將一個一個的邏輯元件集成到一個基片上，采用集成電路的工藝使我們的計算機變得越來越小，功耗也更低，這種集成電路要比晶體管手動焊接的電路可靠性要高得多，這時候各種高級編程語言開始高速發展，開始有了分時作業系統，這時候的計算機主要還是用于科學計算等專業用途，
第四代-大規模、超大規模集成電路
??隨著集成電路工藝的不斷提升，慢慢的進入了第四代-大規模和超大規模集成電路計算機，開始出現微處理器、微型計算機，微處理器簡單理解就是CPU,如最近蘋果A13制造工藝：7nm,也就是說在這個微處理器上，每個元件的寬度不超過7nm，這樣一個CPU里面擁有85億個晶體管，
??總之芯片技術的進步導致微處理器的誕生，導致很多微型計算機的誕生，之后微型計算機逐漸步入每一個人的生活，同時這個時候也逐漸誕生一些我們耳熟能詳的計算機作業系統：Windows、MacOS、Linux等
提到微處理器的發展我們不得不提到Intel,如下圖：
其中機器字長：計算機一次整數運算所能處理的二進制位數
硬體的發展
??為了解計算機的發展，我們不得不去了解這樣一段歷史，如下圖：
??摩爾不僅創建了Intel還提出了摩爾定律：
??摩爾定律：當價格不變時，集成電路上可容乃的晶體管數目，約每隔18個月會增加一倍，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，這一定律揭示了資訊時技術進步的速度，
軟體的發展
??先看編程語言，因為所有軟體都是用編程語言撰寫出來的，所有編程語言的發展直接決定了我們軟體世界有多豐富，計算進發展初期，一開始是用機器語言，后來發明了匯編語言，這兩種語言本質上是一樣的，只不過是匯編語言會將機器語言轉換成人類更方便記憶的一些符號，后面我們再進行探索，這也注定這個階段軟體不可能多，不可能很豐富，后來為了使編程更加方便就出現了高級編程語言，總之編程語言就是用來制造軟體的，編程語言是否好用是否豐富也直接決定了我們軟體是否豐富，
??而隨著編程語言的不斷發展，我們的作業系統也不斷發展：
??然而，現在計算機存在著兩極分化：
小結
總結：計算機的五代變化
第一代：1946-1957年，電子管計算機
第二代：1958-1964年，晶體管計算機
第三代：1965-1971年，中小規模集成電路計算機
第四代：1972-1990年，大規模和超大規模集成電路計算機
第五代：1991年開始的巨大規模集成電路計算機
總結
下一節是計算機硬體的基本組成，期待大家和我交流，留言或者私信，一起學習，一起進步！
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