计算机发展简史

概述篇

计算机发展简史

计算机发展的四个阶段

电子计算机在短短的50多年里经过了电子管、晶体管、集成电路和超大规模集成电路四个阶段的发展，使计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛。

第一代电子计算机(电子管计算机)

第一代电子计算机是从1946年至1958年。它们体积较大，运算速度较低，存储容量不大，而且价格昂贵，使用也不方便。这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。

第二代电子计算机(晶体管计算机)

第二代计算机是从1958年到1965年，它们全部采用晶体管作为电子器件，其运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍，体积为原来的几十分之一。在软件方面开始使用计算机算法语言。这一代计算机不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理及工业控制。

第三代电子计算机(中小规模集成电路计算机)

第三代计算机是从1965年到1970年。这一时期的主要特征是以中、小规模集成电路为电子器件，并且出现操作系统，使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算，还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。

第四代电子计算机(大规模和超大规模集成电路计算机)

第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路和超大规模集成电路为主要电子器件制成的计算机。目前我们所使用的计算机都是第四代电子计算机。

微型计算机的发展历史

1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004，并以它为核心组成了世界上第一台微型计算机MCS-4。它开创了微型计算机的新时代。所谓微型计算机是指以大规模、超大规模集成电路为主要部件,以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统。

第一个阶段（1971～1973）

主要是字长为4位的微型机和字长为8位的低档微型机。这一阶段的典型微处理器有：世界上第一个微处理器芯片4004，以及随后的改进版4040，它们都是字长为4位的。在随后的第二年，Intel又研制出了字长为8位的处理器芯片8008，集成度和性能都有所提高。8008采用PMOS工艺，字长8位，基本指令48条，基本指令周期为20～50uS，时钟频率为500KHz，集成度约为3500晶体管/片。

第二个阶段（1973～1978）

主要是字长为8位的中、高档微型机。这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的I8080、I8085、Motorola公司的M6800、Zilog公司的Z80等。以I8080为例，I8080采用NMOS工艺，字长8位，基本指令70多条，基本指令周期为2～10uS，时钟频率高于1MHz，集成度约为6000晶体管/片。

第三个阶段（1978～1985）

主要是字长为16位的微型机。这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的8086/8088/80286、Motorola公司的M68000、Zilog公司的Z8000等。以I8086为例，I8086采用HMOS工艺，字长16位，基本指令周期为0.5uS，集成度约为2.9万晶体管/片。

第四个阶段（1985～2000）

主要是字长为32位的微型机。这一阶段典型的微处理器芯片有：Intel公司的80386/486/Pentium//Pentium II//Pentium III //Pentium IV等。以I80386为例，其集成度达到27.5万晶体管/片，每秒钟可完成500万条指令（MIPS）。

第五个阶段（2000～）

出现了字长为64位的微处理器芯片。主要还是面向服务器和工作站等一些高端应用场合。如2000年Intel推出的微处理器Itanium（安腾），它采用全新指令架构IA-64。而AMD公司的64位微处理器Athlon 64则仍沿用了x86指令体系，能够很好的兼容原来的IA-32结构的个人微机系统，具有一定的普及性。

随着微型计算机的发展，在每一个阶段，它在集成度、性能等方面都有非常大的提高，微型计算机在今后将会有更快、更惊人的发展。

计算机分类

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 (1TFlop/s=每秒一万亿次浮点计算)

大型计算机

• 具有高性能，可处理大量数据与复杂的运算

迷你计算机（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

• 麻雀虽小、五脏俱全

计算机体系结构

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

1. 能够把需要的程序和数据送至计算机中
2. 能够长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力
3. 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
4. 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 CPU的速度远远大于数据传输的速度

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与存储设备之间的性能差异问题

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