1、计算机发展历程
计算机硬件的发展
世界上第一台数字电子计算机ENIAC产生于1946年
计算机的发展已经经历了四代：
- 第一代计算机——
电子管时代。使用延迟线或磁鼓作为主存 - 第二代计算机——
晶体管时代。使用磁芯存储器作为主存，有了操作系统的雏形 - 第三代计算机——
中小规模集成电路时代。使用半导体存储器作为主存，有了分时操作系统 - 第四代计算机——
超大规模集成电路时代。产生了微处理器
摩尔定律：每18个月，性能翻一番
半导体存储器和微处理器快速的发展
机器字长是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数
计算机软件的发展
计算机语言的发展经历了面向机器的机器语言和汇编语言、面向问题的高级语言。其中高级语言的发展真正促进了软件的发展
各种系统软件的发展至关重要（操作系统）
计算机的分类与发展方向
电子计算机可分为电子模拟计算机和电子数字计算机
数字计算机按用途分为专用计算机和通用计算机
通用计算机可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机
计算机按照指令和数据流还可以分为：
- 单指令流和单数据流系统（
SISD），即传统的冯诺依曼体系结构 - 单指令流和多数据流系统（
SIMD），包括阵列处理器和向量处理器系统 - 多指令流和单数据流系统（
MISD），实际上并不存在 - 多指令流和多数据流系统（
MIMD），包括多处理器和多计算机系统
计算机的发展趋势正向两极分化。一极是微型计算机向更微型化、网络化、高性能、多用途方向发展；另一极则是巨型机向更巨型化、超高速、并行处理、智能化方向发展
由高级语言转化为汇编语言的过程叫做编译，把汇编语言源程序转化为机器语言程序的过程称为汇编
2、计算机系统层次结构
计算机系统的组成
硬件系统和软件系统共同构成了一个完整的计算机系统
一个计算机系统性能的好坏，很大程度上是由软件的效率和作用来表征的，而软件性能的发挥又离不开硬件的支持
对于某一功能来说，其既可以用软件实现，也可以用硬件实现，则称为软硬件在逻辑上是等效的
在设计计算机系统时，要进行软硬件的功能分配。通常来说，一个功能若使用较为频繁而且用硬件实现的成本理想的话，使用硬件解决可以提高效率。而用软件实现可以提高灵活性，但是效率往往不如硬件实现的高
计算机硬件的基本组成
在研究EDVAC机时提出了存储程序的概念，存储程序的思想奠定了现代计算机的基本结构，以此概念为基础的各类计算机统称为
冯诺依曼机的特点如下：
- 1、计算机硬件系统有
运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成 - 2、
指令和数据以同等地位存储于存储器内，并可按地址寻访 - 3、指令和数据均用
二进制代码表示 - 4、指令由
操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置 - 5、指令在存储器内
按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序 - 6、早期的冯诺依曼机
以运算器为中心，输入/输出设备通过运算器与存储器传送数据
存储程序的概念是指指令以代码的形式事先输入到计算机的主存储器中，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序执行结束
现代计算机已经发展为以存储器为中心，使I/O操作尽可能地绕过CPU，直接在I/O设备和存储器之间完成，以提高系统的整体运行效率
目前绝大多数现代计算机仍遵循冯诺依曼的存储程序的设计思想
计算机的I/O设备是计算机与外界联系的桥梁，是计算机中不可缺少的一个重要组成部分
存储器是计算机的存储部件，用来存放程序和数据
存储器分为主存储器（简称主存，也称内存储器）和辅助存储器（简称辅存，也称外存储器）
CPU能够直接访问的存储器是主存储器。辅助存储器用于帮助主存储器记忆更多的信息，辅助存储器中的信息必须调入主存后，才能为CPU所访问
主存储器由许多存储单元组成，每个存储单元包含若干个存储元件，每个存储元件存储一位二进制代码0或1，一个存储单元可存储一串二进制代码，这串代码为存储字，存储字的长度称为存储字长。存储字长一般为字节的二次幂整数倍
主存储器的工作方式是按存储单元的地址进行存取的，称为按地址存取方式（相联存储器是按内容访问的）
地址寄存器（MAR）存放访存地址，经过地址译码后找到所选的存储单元
数据寄存器（MDR）是主存和其他部件的中介机构，用于暂存要从存储器中读或者写的信息
时序控制逻辑用于产生存储器操作所需的各种时序信号
MAR用于寻址，其位数对应着主存中存储单元的个数。MAR的长度与PC的长度相等
MDR位数与存储字长相等，一般为字节的二次幂整数倍
MAR和MDR虽然是存储器的一部分，但在现代CPU中却是存在于CPU中的，高速缓存（Cache）也是存在于CPU中的
运算器是计算机的执行部件，用于对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算
运算器的核心是算术逻辑单元ALU（Arithmetic and Logical Unit）
运算器包含若干通用寄存器，用于暂存操作数和中间结果，如累加器（ACC）、乘商寄存器（MQ）、操作数寄存器（X）、变址寄存器（IX）、基址寄存器（BR）等，前3个寄存器是必须有的
运算器内还有程序状态寄存器（PSW），保留各类运算指令或测试指令的结果的各类状态信息，以表征系统运行状态
控制器是计算机的指挥中心，由其指挥各部件自动协调地进行工作
控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、控制单元（CU）组成
PC用来存放当前欲执行指令的地址，可以自动+1以形成下一条指令的地址，它与主存的MAR之间有一条直接通路
IR用来存放当前的指令，其内容来自主存的MDR。指令中的操作码OP（IR）送至CU，用以分析指令并发出各种微操作命令序列，而地址码Ad（IR）送往MAR来取操作数
现代计算机一般是将运算器和控制器集成到同一个芯片上，称为中央处理器（CPU）。CPU和主存储器共同构成了主机，而计算机中除去主机的其他硬件装置统称为外部设备（外设），外设主要包括外存和I/O设备