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計算機的發展歷史

嚴格來講計算機從誕生到現在經歷了很多階段,已經發展成為一種自動地、高速地、精確地進行資訊處理的電子裝置,也是20世紀的重大發明之一。

計算機的發展包括了硬體和軟體的發展,硬體的發展為計算機提供了更快的處理速度,而軟體的發展為使用者提供了更好的體驗。兩者相輔相成,密不可分。

第一階段: 60年代中期以前,是計算機系統發展的早期時代。在這個時期通用硬體已經相當普遍,軟體卻是為每個具體應用而專門編寫的,大多數人認為軟體開發是無需預先計劃的事情。這時的軟體實際上就是規模較小的程式,程式的編寫者和使用者往往是同一個(或同一組)人;第二階段:從60年代中期到70年代中期,是計算機系統發展的第二代。在這10年中計算機技術有了很大進步。多道程式、多使用者系統引入了人機互動的新概念,開創了計算機應用的新境界,使硬體和軟體的配合上了一個新的層次;第三階段:計算機系統發展的第三代從20世紀70年代中期開始,並且跨越了整整10年。在這10年中計算機技術又有了很大進步。分散式系統極大地增加亍計算機系統的複雜性,區域網、廣域網、寬頻數字通訊以及對“即時”資料訪問需求的增加,都對軟體開發者提出了更高的要求;第四階段:在計算機系統發展的第四代已經不再看重單臺計算機和程式,人們感受到的是硬體和軟體的綜合效果。由複雜作業系統控制的強大的桌面機及區域網和廣域網,與先進的應用軟體相配合,已經成為當前的主流。計算機體系結構已迅速地從集中的主機環境轉變成分佈的客戶機/伺服器。馮·諾依曼計算機模型

雖然計算機的發展迅速,但整體設計上還是符合馮·諾依曼的組織結構,那麼什麼是馮·諾依曼計算機模型。

根據馮·諾依曼體系結構構成的計算機,必須具有如下功能,先從記憶體中取出第一條指令,通過控制器的譯碼,按指令的要求,從儲存器中取出資料進行指定的運算和邏輯操作,然後再按地址把結果送到記憶體中去。接下來再取出第二條指令,在控制器的指揮下完成規定操作。我們來一張圖更直觀的解釋:

從圖中可以看出馮·諾依曼體系結構計算機由五大部分組成:

控制器:

是整個計算機的中樞神經,其功能是對程式規定的控制資訊進行解釋,根據其要求進行控制,排程程式、資料、地址、協調計算機各部分工作及記憶體與外設的訪問等。

運算器:

運算器是計算機中對資訊進行加工、運算的部件,它的速度決定了計算機的運算速度。運算器的功能是對二進位制編碼進行算術運算(加、減、乘、除)和邏輯運算(與、或、非、比較、移位)。通常情況下是把運算器和控制器合在一起,做在一塊半導體積體電路中,稱為中央處理器,簡稱CPU。

儲存器:

其功能是儲存程式、資料和各種訊號、命令等資訊,並在需要時提供這些資訊。

輸入裝置:

輸入裝置和輸出裝置統稱為外部裝置,簡稱外設。輸入裝置的作用是將程式、原始資料、文字、字元、控制命令或現場採集的資料等資訊輸入到計算機。常見的輸入裝置有鍵盤、滑鼠、觸控式螢幕等。

輸出裝置:

輸出裝置與輸入裝置同樣是計算機的重要組成部分,它把計算機的中間結果或最後結果、機內的各種資料符號及文字或各種控制訊號等資訊輸出出來。微機常用的輸出裝置有顯示終端LCD、音響等。

哈佛計算機模型

哈佛結構就是將程式的邏輯程式碼和變數分開存放的一種結構,而他們存放的位置可以是形同的也可以是不同的,總是隻要是分成兩個部分單獨訪問的結構都可以叫哈佛結構。(例如:51的程式的邏輯程式碼段放在ROM中,而變數部分則放在ROM中;而ARM的邏輯程式碼和變數都是存放在RAM(記憶體)中的,但是,它在記憶體中劃分了兩部分的空間,其中一部分放邏輯程式碼,另一部分方變數。之間不會相互干擾)哈佛結構的優點就是邏輯程式碼和變數單獨存放,使之不會相互干擾,進而當程式出BUG的時候,最多隻會修改變數的值,而不會修改程式的執行順序(邏輯關係)。因此,這種結構大量應用在嵌入式程式設計當中。

計算機系統的構成

計算機是一個系統的集合,由硬體和軟體兩部分構成,只有硬體的計算機只能算裸機,硬體是筋骨,軟體是靈魂。計算機的構成可以概括如下:

硬體包括CPU,儲存器,各種外設等,我們先來解釋下CPU是什麼?

CPU是一塊超大規模的積體電路,是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的資料。主要包括運算器和高速緩衝儲存器及實現它們之間聯絡的資料、控制及狀態的匯流排。它與內部儲存器和輸入/輸出裝置合稱為電子計算機三大核心部件。

軟體包括系統軟體和應用軟體,系統軟體是指控制和協調計算機及外部裝置,支援應用軟體開發和執行的系統,是無需使用者干預的各種程式的集合,主要功能是排程,監控和維護計算機系統,即作業系統,比如 Linux, Android 等。

應用軟體是和系統軟體相對應的,一般指用於實現某種用途或特定行業需求的軟體,也就是我們常說的APP。

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