计算机的前世今生
计算机的前世今生
文章目录
- 计算机的前世今生
-
- 计算科学起因
- 人工计算
- 机器计算
- 三极管时代
- 软件硬件结合的奥秘
- 冯诺依曼计算机
- 现代计算机
计算科学起因
社会发展产生需求,理工专业为主提供方案,产生专业的计算科学
人工计算
以人为主提供逻辑和计算能力
以人为主的优缺点开始显现(强逻辑，弱计算)
东方文化特点优化人为计算技巧(例如99乘法表)
机器计算
西方文艺复兴后形成现代科学的雏形,开始探索机器计算
产生手摇计算机和其他机械计算机
逻辑代数的产生(布尔函数)
爱迪生发现爱迪生效应(电子管的雏形原理)
弗莱明发明第一个二极电子管
德弗雷斯特发明第一个三极电子管
三极电子管应用在雷达,通信等电子领域
同时有人开始研究三极电子管和逻辑代数之间的对应关系
三极电子管的缺点,容易坏,体积大,功耗高
三极电子管广泛应用奠定了自身的地位
开始有人研究如何代替三极电子管,由此产生晶体管
三极管时代
当逻辑代数和三极管应用研究到达一定程度,遇到特殊需求,图灵根据需要,做出一套机器,使用逻辑代数和三极管组合,达到破解密码的需要
计算机计算的原理:从三极管到逻辑门电路,8种基础逻辑门电路
逻辑门里有个异或门,通过异或门真值表得出二进制加法结果,多个异或门的组合组成加法器电路达到多位二进制的计算效果
根据之前数学家发现十进制到二进制的转换,完成以上一系列的理论发现,现代计算机的雏形慢慢成熟
软件硬件结合的奥秘
三极管通过栅极可以输出高低电平,多个三极管组合出异或门,异或门的真值表达到计算二进制(逻辑代数)的效果
异或门的组合使用效果,实现了加法器的效果(半加器与全加器的原理),例如:8个全加器组合使用,达到8位二进制相加的计算效果,则产生了第一条指令:加法指令,也叫做加法器
减法指令是加法器的变形应用(表盘原理,加模减位),产生第二条机器指令,减法指令
通过加减指令的产生原理,同样道理,各种逻辑门电路的组合产生其他计算指令
各种计算指令,就是机器计算指令,机器指令为二进制格式,即所谓的计算机只能处理的010101,通过对二进制的格式等价封装,得到汇编语言里的计算指令
冯诺依曼计算机
计算器的原理,即把上述各种计算指令电路封装到一个芯片种,加上输入输出
更复杂的环境要求产生了控制指令,内存,中断,任务处理等等非计算要求,即计算机控制器部分
所有机器指令组合产生处理器指令集,为二进制的010101格式,通过对二进制的格式等价封装,可以理解为汇编指令(汇编语言)
上述计算器和控制器的组合,加上输入,输出,存储,构成了以计算器为中心的冯诺依曼体系结构
现代计算机
集成技术提升,将计算器和控制器进行封装形成了CPU
数据处理需求增加,存储器的容量和速度提升,转变成以存储器为中心的现代计算机