【计算机原理与技术】[笔记]第2章 计算机的发展及应用

2.1 计算机的发展史

2.1.1 计算机的产生和发展

• 第一代电子管计算机：ENIAC
• 第二代晶体管计算机
• 第三代集成电路计算机
  • 小规模集成电路(SSI)和中等规模集成电路(MSI)
  • IBM的System/360，DEC的PDP-8

2.1.2 微型计算机的出现和发展

• 世界上第一个4位的微处理器芯片——Intel 4004
• 大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)
• 摩尔定律(Moore)：微芯片上集成的晶体管数目每3年翻两番
• 一味追求微芯片集成度的提高，除了引发功耗、散热问题外，还会出现线延迟问题、软误码率现象等
• 不同部件性能提高的速度不同->不同部件性能不匹配问题
  • 处理器与主存之间的接口
    • 如果主存或主存与处理器之间的传送跟不上处理器的要求，就会使处理器处于等待的状态
    • {加宽数据总线宽度、在主存与处理器之间设置高速缓冲存储器(Cache)，并发展成片内Cache和分级Cache、采用高速总线和分层总线来缓冲和分流数据}——提高处理器和存储器之间的连接带宽
  • 处理器和外设之间的接口
    • 各种缓冲机制
    • 加上高速互联总线以及更精致的总线结构
• 通用微处理器的发展重点
  • 进一步提高复杂度
  • 通过线程/进程级并行性的开发
  • 将存储器集成到处理器芯片
  • 发展嵌入式处理器

2.1.3 软件技术的兴起和发展

• 高级语言的发展阶段
  • 第一阶段
    • 其代表是1954年问世的FORTRAN
    • 它主要面向科学计算和工程计算
  • 第二阶段（结构化程序设计阶段）
    • 其代表是1968年问世的PASCAL
    • 它定义了一个真正的标准语言，按严谨的结构化程序编程，具有丰富的数据类型，写出的程序易读懂、易查错
  • 第三阶段（面向对象程序设计阶段）
    • 其代表语言是C++
    • 更适应网络环境的面向对象的Java
• 操作系统
  • 协调管理计算机中的各种软件、硬件及其他信息资源
  • 调度用户的作业程序
  • 使多个用户能有效地共用一套计算机系统
  • 提高了计算机的使用效率
  • 为用户提供了方便的使用手段和令人满意的服务质量
• 服务性程序：装配程序、调试程序、诊断程序、排错程序等
• 数据库管理系统
• 网络软件
• 软件发展的特点
  • 开发周期长
  • 制作成本昂贵
  • 检测软件产品质量的特殊性
• 软件：程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档

2.2 计算机的应用

2.2.1 科学计算和数据处理

• 科学计算的特点是计算量大和数值变化范围大
• 把大批复杂数据交给计算机处理，并由此获得某种决策数据或趋势，供各级决策指挥者参考

2.2.2 工业控制和实时控制

• 控制原理

1. 通过各种传感器获得的各种物理信号转换为数字信号
2. 计算机运算
3. 根据偏差、驱动执行机构来调整

• 工控系统：控制层、监控层、管理层
  • 控制层：通过各种传感器来获得各种有效信号
  • 监控层：对现场实时监测与控制、完成上传下达，组态开发
  • 控管一体化发展

2.2.3 网络技术的应用

• 电子商务
• 网络教育
• 敏捷制造：基础结构和虚拟企业

2.2.4 虚拟现实

• 虚拟演播室
• 飞行员与汽车驾驶员的仿真训练

2.2.5 办公自动化和管理信息系统

• 内联网Intranet与互联网Internet

2.2.6 CAD/CAM/CIMS

2.2.7 多媒体技术

2.2.8 人工智能

• 模式识别
• 文字/语音识别、语言翻译
• 专家系统
• 机器人

2.3 计算机的展望

• 光计算机：用不同波长的光代表不同的数据
• 生物计算机：通过控制DNA分子间的生化反应完成运算
• 量子计算机：利用原子所具有的量子特性进行信息处理
• 超级智能计算机
• 人性化计算机
• 群机系统