计算机发展简史与硬件五大部分

**计算机系统概述计算机发展简史与硬件五大部分前言计算机组成原理是计算机类专业的核心基础课程它解释一台计算机到底是如何工作的从硬件底层理解程序执行的完整过程。本篇是系列第一篇主要学习计算机的发展历史、硬件五大组成部件理解计算机最基础的硬件框架。一、计算机发展简史计算机的发展并不是一蹴而就按照核心元器件的迭代一共划分五代。第一代是电子管计算机体积庞大、功耗极高、运算速度慢第二代晶体管计算机晶体管取代电子管体积缩小可靠性提升第三代中小规模集成电路计算机把大量晶体管集成在芯片上第四代大规模、超大规模集成电路计算机也就是我们现在使用的PC、服务器的基础第五代是新一代人工智能计算机面向智能计算、大规模并行处理。随着硬件迭代微处理器技术飞速发展从早期的简单处理器到如今多核CPU推动个人计算机普及。与此同时国内处理器技术也在不断发展国产芯片从追赶走向自主创新在嵌入式、服务器等多个领域实现突破。核心人物冯·诺依曼John von Neumann1903‑1957生平简介冯·诺依曼美籍匈牙利数学家被后世尊称为现代计算机之父。他出生于匈牙利布达佩斯一个富裕的犹太家庭从小就展现出惊人的数学天赋记忆力极强可以完整背诵整本著作。青年时期先后在布达佩斯大学、苏黎世联邦理工学院学习数学与化学工程。二战期间冯·诺依曼参与曼哈顿计划参与原子弹研发工作。在参与研制ENIAC计算机的时候他发现这台机器存在很大缺陷程序需要手动接线来设定修改程序就要重新布线非常麻烦。1945年冯·诺依曼发表著名的EDVAC报告提出了划时代的存储程序思想。这个思想的核心把指令和数据都以二进制形式存放在同一个存储器当中计算机可以自动读取指令一步步完成运算不需要人工反复接线。他的理论奠定现代计算机的体系基础。除计算机领域之外冯·诺依曼还在博弈论、量子力学、经济学做出巨大贡献。1957年冯·诺依曼因癌症离世年仅54岁短短一生完成大量开创性研究。核心贡献提出存储程序原理现代计算机最核心思想确定计算机五大硬件组成部件提出二进制在计算机内部运算的使用方案二、计算机硬件五大组成要素计算机硬件系统由五大部件构成**运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。这五个部件相互配合协同完成计算任务。**1. 运算器运算器是执行计算的部件完成两类操作算术运算和逻辑运算。算术运算包含加减乘除逻辑运算包含与、或、非、异或等。运算器的核心是ALU算术逻辑单元所有计算都在这里完成。运算器内部还有通用寄存器用来临时存放参与运算的数据。2. 存储器存储器负责存放程序指令和运算数据分为主存储器内存和辅助存储器外存。主存速度快断电数据丢失辅存容量大断电数据可以保存比如硬盘、U盘。程序运行时需要把数据和指令从外存调入主存CPU才可以访问。3. 控制器控制器是整机的指挥中枢。它的工作流程从存储器读取指令对指令进行译码解析然后向各个硬件部件发出对应的控制信号协调运算器、存储器、输入输出设备有序工作。重要概念运算器 控制器 CPU中央处理器。CPU是计算机的核心。4. 输入设备输入设备负责把外界的信息送入计算机内部。常见设备键盘、鼠标、扫描仪。人通过输入设备把指令、数据交给计算机。5. 输出设备输出设备把计算机处理完的结果转化为人可以识别的形式输出。比如显示器、打印机、音响。五大部件之间依靠总线连接总线负责传输数据、地址、控制信号是硬件之间通信的通道。三、计算机软件系统软件分为两大类系统软件、应用软件。系统软件用来管理计算机硬件资源为上层软件提供运行环境典型操作系统、编译程序、数据库管理系统。应用软件面向用户具体业务例如Word、浏览器、游戏。硬件是看得见摸得着的实体软件是存储在存储器里的程序与数据。硬件提供基础能力软件实现丰富的功能。四、本章小结**本章最重要的两个点冯·诺依曼存储程序思想硬件五大组成部件。我们要理解存储程序是现代计算机的灵魂五大部件是硬件的基本框架。后续章节会分别深入学习运算器、存储器、控制器。