引言:随着信息技术(IT)的第三次浪潮—物联网(IoT)发展,计算机已经成为了全球高校的必修课程之一了,特别对于计算机类专业的学生而言更是其必修核心课程之一。由各个国家的高等教育映射出了计算机是我们每一个人必定了解的知识,那您所了解的计算机是否全面呢?
计算机有好几种分类,比如电子计算机、光计算机、量子计算机、超导计算机和模拟计算机。而我们在日常生活中使用的、常说的、常见的计算机都是电子数字计算机。世界上第一台电子数字计算机是年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生的ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)。
我们通常以计算机采用的主要电子器件将计算机划分为四个发展时代:第一代,-年,电子管时代,电子管计算机;第二代,-年,晶体管时代,晶体管计算机;第三代,-年,小、中规模集成电路时代,SSI\MSI计算机;第四代,-至今,大、超大规模集成电路时代,LSI\VLSI计算机。
现在的计算机架构几乎都是建立在冯诺依曼提出的“储存程序控制”的计算机结构之上,也就是我们熟知的计算机组成:1、计算机硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备组成;2、计算机内部采用二进制表示指令和数据;3、程序和数据先储存,在启动计算机工作。在年,英国剑桥大学研制的EDVAC问世,这才是基于冯诺依曼设计思想的第一台储存程序计算机。冯诺依曼的“储存程序控制”概念的提出和实现,是对计算机界最大贡献。
随着计算机技术的高速发展,冯诺依曼架构的计算机储存器访问成为了瓶颈。就出现了突破这个问题的非冯诺依曼架构计算机,例如数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱动的智能计算机。
冯诺依曼储存结构也称为普林斯顿结构,即指令和数据混合一起储存在同一个存储器中,共享数据总线,这就限制了CPU不能同时读取操作数和指令。这在面对高速、实时处理时,就容易造成总线拥堵。为此,哈佛大学提出来新的储存设计思想,将指令和数据分开储存,这样有2组总线,CPU可以同时读取数据和指令,我们习惯称这种设计思想为哈佛结构。
目前,许多现代微型计算机中同时采用哈佛储存结构和普林斯顿储存结构,即就是将高速缓存器(Cache)采用哈佛结构,而主存储器(也就是内存)采用普林斯顿结构。这样将两者设计思想结合,不仅提高主存储器的利用率,而且提高了程序执行的效率,缩短指令执行的时钟周期。
我们知道了计算机的基本组成构件,那个各个部件之间是如何进行连接和协同工作呢?这就是总线(Bus)结构的作用。总线(Bus)就是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路。其最大的特点就是共享和分时。总线经典结构是单总线,所谓单总线并不是一根信号线。单总线分为地址总线(AddressBus)、数据总线(DataBus)和控制总线(ControlBus),其中地址总线是单向的对根信号线,数据总线是双方向的多跟信号线,而控制总线也是双方向的,用于传输控制信息的类似资源调度的作用。
一个完整的计算机系统包括着硬件和软件,所谓硬件就是看得见的实体设备,而软件通常指各种程序和文件,当然操作系统也是软件范畴。我们将没有软件系统的计算机称之为“裸机”,没有任何作用的计算机。硬件和软件是相辅相成的、不可分割的一个整体。这样我们在认识计算机,也可以将计算机的硬件和软件系统当成一个系统进行分析了解。随着计算机技术的发展,除了硬件和软件,近年来出现了“固件”概念,特别在嵌入式领域。所谓固件(Firmware)是指储存在能永久保存信息的器件中的程序,是具有软件功能的硬件。
固件的出现意味着计算机硬件和软件的边界在淡化,两者在不断的融合,相互渗透。计算机的世界里着许许多多有趣的设计思想,你了解多少?对于计算机的工作过程你又了解多少?对于评价一台计算机的性能指标你知道嘛?欢迎在下方留下您的想法与答案!