计算机组成原理第1章 计算机系统概述｜学习整理
素材整理自：戴志涛，白中英.《计算机组成原理（第七版）》，科学出版社，“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。本文为课程作业，仅对教材内容进行梳理总结，不用于商业用途。
引言
计算机系统是由硬件与软件共同组成的复杂自动化设备。本章从计算机分类、发展历史入手，自上而下介绍计算机的基本构成，帮助我们建立对计算机软硬件体系的整体认知。
一、计算机的分类
按照输入、输出信号形式，计算机分为电子模拟计算机与电子数字计算机。
电子模拟计算机依靠连续变化的电压信号完成计算，数值是连续量。它精度有限、存储能力弱，应用场景很少。
电子数字计算机以二进制0、1来表示数据，数值是离散变化的。我们日常所说的计算机，一般都指电子数字计算机，也叫电脑。二者的核心区别体现在数据表达方式、计算方式、精度、存储能力、逻辑判断能力等方面。
按照使用特征划分，计算机可以分为通用计算机和专用计算机。
通用计算机具备标准化硬件，通过安装不同软件，能够适配多种任务，台式机、笔记本都属于这类。它适用范围广，但针对特定任务时效率不是最优。
专用计算机是为特定场景设计的计算机，结构相对简单。嵌入式设备、家电里的控制芯片都属于专用计算机。在目标场景中它效率最高，但通用性差，不能随意更换用途。
早期还会按照体积、运算速度等指标，划分出超级计算机、大型机、服务器、个人计算机等。但随着硬件技术飞速进步，这套分类标准的参考价值已经下降。
二、计算机的发展简史
世界上第一台电子数字计算机是ENIAC，1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学。该机使用一万八千多只电子管，体积庞大、功耗高，每秒仅能完成5000次运算。虽然性能有限，但它奠定了电子计算机发展的基础。
计算机硬件发展一共分为五代：
1. 第一代（1946–1957）：电子管计算机
体积巨大，成本高，可靠性较差。这一阶段形成计算机基础体系，确定了程序设计的基本思路。
2. 第二代（1958–1964）：晶体管计算机
体积缩小，功耗下降，运算速度提升，工业控制领域开始使用计算机。
3. 第三代（1965–1971）：中小规模集成电路计算机
可靠性进一步提升，体积继续缩小，小型计算机开始出现。
4. 第四代（1972–1990）：大规模、超大规模集成电路计算机
硬件可靠性持续提高，成本下降，微型计算机诞生，运算速度大幅增长。
5. 第五代（1991至今）：巨大规模集成电路计算机
单块芯片可以集成海量晶体管，芯片性能持续提升。
摩尔定律：英特尔创始人戈登·摩尔提出，芯片上集成的晶体管数量大约每18个月翻一番。该定律长期推动信息技术产业发展。如今受到物理工艺限制，摩尔定律增速放缓。
存储器与微处理器的发展
20世纪50到60年代，计算机依靠磁芯存储信息。磁芯存储器读写速度尚可，但制作成本高，读出操作具有破坏性，配套电路复杂。1970年，仙童半导体公司推出大容量半导体存储器，存储器技术进入全新阶段。
1971年英特尔发布Intel 4004，这是世界第一款4位微处理器，微处理器时代正式开启。后续8008、8080、8086等芯片陆续推出，处理器位宽不断提升，从8位、16位逐步发展到现在的64位处理器。
国内处理器起步相对较晚，经过多年科研攻关，龙芯、海光、鲲鹏、飞腾等国产处理器已经实现自主设计，在服务器、嵌入式等场景落地应用，逐步打破国外技术壁垒。
三、本章小结
本章作为全书绪论，核心是建立计算机系统的宏观认知。
1. 电子数字计算机与电子模拟计算机，在数据表示方式、精度、存储、逻辑判断能力上存在本质区别。
2. 通用计算机、专用计算机在适用范围、运行效率上各有取舍。
3. 计算机五代发展，核心的变革来自每一代的核心电子元器件更新。
4. 摩尔定律概括了集成电路数十年的发展规律，现在已经遇到物理瓶颈。
5. 存储器、微处理器的发展，共同推动计算机不断小型化、高性能化，国产芯片也在不断突破。
参考文献：戴志涛,白中英.计算机组成原理（第七版）[M].北京:科学出版社.
说明：本文为本科课程作业，仅对教材内容进行整理归纳，引用内容均标注来源，不做商业用途。
