此内容是对《计算机组成原理(第三版)》一书的知识点总结和一些个人理解,为个人后续快速回顾所用,如有错误,感谢指出。
之前的章节回顾:
第一章
第二章 计算机系统的发展及应用
2.1 计算机的发展史
2.1.1 计算机的产生和发现
1.第一代电子管计算机
ENIAC采用十进制运算。
2.第二代晶体管计算机
特点:小体积、低耗电和载流子高速运行。
3.第三代集成电路计算机
集成电路技术把计算机的控制单元和算逻辑单元集成到一个芯片上,制成了微处理芯片。
通常,计算机的更新换代以电子元器件(硬件逻辑元件)为依据。
2.1.2 微型计算机的出现和发展
Moore(摩尔)定律:微芯片上集成的晶体管数目每3年翻两番
摩尔定律不能永远生效,会受到物理极限、制造成本等因素限制。
21世纪初,通用微处理器的发展重点:
①进一步提高复杂度来提高处理器性能
②通过线程/进程级并行性的开发提高处理器的性能(简化硬件设计)
③将存储器集成到处理器芯片内来提高处理器性能
④发展嵌入式处理器
2.1.3 软件技术的兴起和发展
1.语言
①机器语言(0/1代码):编写出机器可以直接运行的程序,机器不同,机器语言也不同。
②符号语言和汇编语言:面向机器,不同的机器有不同的汇编语言
汇编程序:把汇编语言翻译成机器语
③高级语言
- 第一阶段的代表语言FORTRAN,它主要是面向科学计算和工程计算。
- 第二阶段可视为结构化程序设置阶段,代表是Pascal语言,他定义了一个真正的标准语言。
- 第三阶段是面向对象程序设计阶段,代表语言是C++。
编译程序和解释程序:把高级语言翻译成机器语言
2.软件发展的特点
①开发周期长
②制作成本昂贵
③检测软件产品质量的特殊性:要完善一个软件产品,必须在应用过程中不断加以修改和补充。只有使用了一定时间后,才能对软件产品质量进行确定。
Boehm:“软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。”
2.2 计算机的应用
专用计算机和通用计算机的区别
1.通用计算机:可以执行各种各样不同的程序,用途广泛,能解决多种不同类型的问题。例如,台式电脑、笔记本电脑和手机。
2.专用计算机:专门针对某一项特定任务设计,针对性强,一般不能随便跑别的程序。例如,微波炉的控制芯片、自动驾驶车载工控板和收银机。
2.2.1 科学计算和数据处理
1.科学计算
特点:计算量大和数值变化范围大。例如,天文学、量子化学、空气动力学和核物理学等领域都需要依靠计算机进行复杂的运算。
2.数据处理
特点:处理事务数据。例如,大银行、大公司和大企业的财务。
2.2.2 工业控制和实时控制
传感器:物理信号→数字信号
2.2.3 网络技术的应用
1.电子商务
2.网络教育
3.敏捷制造
敏捷制造由两部分组成,敏捷制造的基础结构和敏捷制造的虚拟企业。前者为形成虚拟企业提供环境和条件,后者对市场不可预期的变化做出迅速反应。
例如,一些组织者在互联网上利用各自的优势组成虚拟企业,根据市场的变化和要求,解散原来的虚拟企业,和新的伙伴组成新的虚拟企业。
2.2.4 虚拟现实
虚拟现实是利用计算机生成的一种模拟环境,通过多种传感器设备使用户“投入”到该环境中,达到用户与环境直接进行交互的目的。例如,虚拟演播室,各种仿真模拟训练器(飞行员与汽车驾驶员的仿真训练系统)。
2.2.5 办公自动化和管理信息系统
1.办公自动化
利用计算机及自动化的办公设备来代替“笔、墨、纸、砚”及办公人员的部分脑力、体力劳动,从而提高了办公的质量和效率。例如,利用计算机来起草文件,利用计算机来安排日常的各类公务活动。
2.企业管理信息系统
利用信息技术与现代化管理相结合来产生最优化的生产模式、管理模式、设计技术和制造技术。
2.2.6 CAD/CAM/CIMS
1.CAD(计算机辅助设计)
2.CAM(计算机辅助制造)
以数控机床为主体,利用存有全部加工资料的数据库,实现对产品加工的自动化。
3.CIMS(计算机集成制造系统)
利用信息技术和现代管理技术改造传统制造业、加强新兴制造业、提高企业市场竞争力的一种生产模式。
2.2.7 多媒体技术
多媒体技术是计算机技术和视频、音频及通信等技术相结合的产物。例如,在线视频、网络直播、多媒体教学、电子游戏、短视频和影视后期制作。
2.2.8 人工智能
人工智能是专门研究如何使用计算机来模拟人的智能的技术。
1.模式识别
指对某些感兴趣的客体进行定量或结构的描述,研究一种自动生成技术,由计算机自动地把待识别的模式分配到各自的模式类中。例如,对地表植物经遥感图像分析,可判断作物长势等。
2.文字/语言识别、语言翻译
3.专家系统
利用计算机构成存储量极大的知识库,把各类专家丰富的知识和经验,以数据形式存储于知识库内,通过专用软件,根据用户输入查询的要求,向用户做出所需要的解答。
2.3 计算机的展望
1.光计算机
利用光子取代电子进行运算和存储,用不同波长的光代表不同数据,可快速完成复杂计算。
2.DNA(脱氧核糖核酸)生物计算机
通过DNA分子间的生化反应完成运算。
3.量子计算机
利用原子所具有的量子特性进行信息处理的一种全新概念的计算机。