计算机系统结构发展历程及未来展望

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计算机科学的发展

计算机科学的发展

计算机科学的发展随着信息时代的到来,计算机科学逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。

计算机科学的发展,推动了社会科技发展进程和人类文明进步。

本文将就计算机领域的发展历程和未来展望进行探讨。

一、计算机科学的起源计算机科学起源于20世纪初的数学领域,随着科学技术的不断进步,人们开始思考如何将计算机技术应用到实际生产和科研当中。

1945年,由冯·诺伊曼提出的存储程序概念,奠定了现代计算机体系结构的基础。

随着计算机体积的不断缩小和性能的迅速提升,计算机科学开始迎来大发展,计算机已经成为了科技领域的核心。

二、计算机科学的关键技术现代计算机系统由一系列计算单元组成,而这些单元的不断升级优化,是计算机科学发展的核心。

计算机科学中的重要关键技术包括:1.芯片制造技术:芯片是计算机系统的核心部分,它被视为信息科技领域的晶片,决定了计算机的速度和性能等重要指标。

2.软件开发技术:软件是计算机系统的灵魂所在,良好的软件开发技术是保证计算机应用质量和效率的重要基础。

3.网络技术:现代社会大量依赖互联网和网络应用,网络技术的发展是保障社会信息交流和交流的关键。

三、计算机应用领域的拓展随着计算机科学技术的不断升级,计算机应用领域也在不断拓展,不仅涵盖了科学技术领域,也深入到了商业、文化、娱乐和社交等各个方面。

计算机科学应用领域的主要方向包括:1.信息技术:网络技术的发展和智能化系统的不断升级,大大促进了信息技术的发展,涉及到信息存储、检索、处理等方面,成为现代社会信息化进程的重要组成部分。

2.数字娱乐:游戏、音乐、电影等数字娱乐产品的不断升级和拓展,成为人们生活中不可或缺的一部分。

随着互联网的普及,数码媒体市场正在迅速扩张,其中电子阅读和数字音乐市场更是增长迅猛。

3.智能家居:智能家居通过网络技术的应用,将家庭中的各种电器、设施连接在一起,实现智能化控制,让家庭生活更加便捷舒适。

四、计算机科学的未来展望计算机科学的未来展望,将会围绕着人工智能、量子计算和生物计算等领域展开。

未来计算机系统展望

未来计算机系统展望

史 自计算机 的发 明 日, . 冯 诺依曼结 构的计算机系统一直
2 未来计算机 系统

在以摩尔定 律飞速发展 , 集成 电路的密度越来越高 , 计算机 的
运行速度越来越快 , 操作 系统越做越 庞大。摩尔定律 有其极 限, 未来 的计算机系统到底应该是个什么样子 , 恐怕也 只有 到
了未 来 人 们 才 知道 , 人 类 最 可 贵 的是 丰 富 的想 象 力 。人 们 但 正 在 进 行 除 硅 晶 体 以外 的其 他 材 料 为 基 础 的 计算 机 系 统 的研
2 1 系统设想 .
笔者对未 来计算机 系统的基本设 想如 图 2
所 示 。其 中主 控 机 同 附 属 子 系 统 之 问 通 过 统 一 接 口相 互 连
3 16 审计 策 略 . . 审 计 是 用 来 记 录 以 下 事 件 : 个 用 户 访 哪
防火墙技术作为 目前用来 实现 网络安全措施的一种重要 手段 , 它主要用来拒绝未经授权的用户存 取敏感数据 , 同时允 许用户不受阻碍地访问网络资 源, 如果 使用 得当 , 可以在很大 程度上提高 网络安全性能 , 但是没有 一种技术 可以百分 之百 解决 网络上 的信息安全问题 , 比如 防火墙虽然 能对外部 网络 的攻击进行有效的防护 , 但对来 自内部网络 的攻 击却无 能为
体 框 架 内 , 胆 对 计算 机 系统 的 发展 提 出一 些 展 望 。 斗
2 2 1 系统是简单 的 图 2的计算 机系统 的简单 性体现在 ..
软 硬 件 方 面 。硬 件 方 面 , 口规 范 统 一 , 规 范 包 含 物理 连 接 接 该
1 当 代 计 算 机 系统
机系统是个紧耦 合系统 , 系统 的各个部分相互依赖 , 附属设 各 备不能脱离主机系统 的控制而独立完成某种任务。应用软 件 依附于操作 系统 , 很难作到 跨平 台, 同样 , 硬件的驱动 程序也

计算机体系结构的发展历程与趋势

计算机体系结构的发展历程与趋势

计算机体系结构的发展历程与趋势计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的相互关系以及计算机内部各个组件之间的组织方式。

它决定了计算机的性能、可扩展性、并行性和功耗等关键特性。

计算机体系结构的发展历程经历了几个重要的阶段,而未来的趋势又将如何演变呢?在计算机体系结构的发展历程中,最早的计算机体系结构是冯·诺伊曼体系结构。

冯·诺伊曼体系结构是由冯·诺伊曼教授在20世纪40年代提出的,它以存储程序的概念为基础,将指令和数据存储在同一块存储器中,通过指令序列的控制来实现计算和数据处理。

冯·诺伊曼体系结构的提出标志着计算机体系结构的重要转折点,它为后来的计算机架构奠定了基础。

随着计算机技术和应用的不断发展,计算机体系结构也不断演化。

20世纪的60年代至70年代,计算机体系结构经历了从单核到多核、从小型机到大型机的发展阶段。

这个时期,计算机的处理性能和规模都得到了大幅增加,计算机系统逐渐进入大规模集成电路时代。

此外,存储器层次结构和缓存技术的引入提高了计算机的性能。

进入20世纪80年代,个人计算机开始流行起来,微处理器技术得到了飞速发展。

此时,计算机体系结构逐渐向着更加复杂和多样化的方向发展。

计算机体系结构设计开始注重并行计算和分布式计算,以提高计算机的并行性和处理效率。

同时,存储器容量的不断增加和存储技术的改进,使得计算机能够处理更加复杂和庞大的数据。

到了21世纪,计算机体系结构的发展趋势变得更加多样化和个性化。

首先,多核处理器和超线程技术的应用使得计算机能够同时处理多个任务和线程,提高了计算机的并行性和计算能力。

其次,计算机体系结构开始注重能效和功耗问题,提出了众多节能技术和功耗管理策略。

此外,云计算、物联网和人工智能等新兴应用的兴起,也对计算机体系结构提出了新的挑战和需求。

未来计算机体系结构的发展趋势将面临更多的挑战和机遇。

首先,人工智能的飞速发展对计算机计算能力和存储容量提出了更高的要求。

计算机的发展现状和未来趋势

计算机的发展现状和未来趋势

计算机的发展现状和未来趋势钟鹏(江西省赣州市赣州南13报社网络中心,江西赣州341000)喃要]本文介绍围绕当代已经广泛应用于各个领域的计算机系统,分霁j有计算机的发展历史,迅速发展的原因,发展理状以及未来发展。

趋势的展望。

良键词】计算机;发展历史;发展原因;发展现状;发展趋势:?,计算机技术是指进行硬件设计及制造和软件开发,并广泛应用于各个领域的技术,它是信息化时代的杨濑术。

现在,计算机技术已经渗透到社会生产和生活方方面面,由此,不但是改变了人类进行生产和生活的方式,也决定了许许多多学科的未来的发展状况。

本文按照下图的思路进行介绍。

计茸机的历史,‘计茸机为什么会迅逸发展的原因一计簋机白勺发展现状一计算机未来的发展趁势一1计算机发展历史上世纪40年代,宾夕法尼亚大学出现了世界上第一台计算机(叫肯尼亚克),是为弹道计算而设计的。

到了50年代,由于计算机成本很高,也较复杂,计算机主要是在军事部门应用。

随著计算机成本的下降。

等到80年代前期,许多政府部门和科研机构,甚至一些大型企业开始使用计算机。

80年代中后期,因特尔四位CP U微处理器的研制和发展催生了世界上第一台个人计算机(PC),从而导致了计算机成本的急速下降,到90年代,—般的小公司和家庭也开始使用计算机来进行工作和生活。

计算机向两个方向发展:一是往微、小、便宜方向发展,并普遍进入普通家庭;再就是向高、难、大方向发展,多应用于军事科学技术等领域。

由计算机的发展历史可知,计算机技术是一个快速成长、快速更新和高速发展,且很有生命力和发展前景的一门科学技术。

2计算机迅速发展的原因概述1)社会需求的强大驱动力。

二战时期对信息的紧迫需求为创造提供了十分有利的契机,促进了计算机在军事领域的应用技术的发展。

由于高超的运算能力,使得计算机从研究所和政府部门迅速地转为民用,而且随着在尖端科学领域的普遍应用,对计算机的性能和容量也提出了更高的要求,进而促进了计算机工业的发展。

计算机系统结构发展历程及未来展望

计算机系统结构发展历程及未来展望

计算机系统结构发展历程及未来展望一、计算机体系结构什么是体系结构经典的关于“计算机体系结构computer A按照计算机系统的多级层次结构,不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性;一般来说,低级机器的属性对于高层机器程序员基本是透明的,通常所说的计算机体系结构主要指机器语言级机器的系统结构;计算机体系结构就是适当地组织在一起的一系列系统元素的集合,这些系统元素互相配合、相互协作,通过对信息的处理而完成预先定义的目标;通常包含的系统元素有:计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程;其中,软件是程序、数据库和相关文档的集合,用于实现所需要的逻辑方法、过程或控制;硬件是提供计算能力的电子设备和提供外部世界功能的电子机械设备例如传感器、马达、水泵等;人员是硬件和软件的用户和操作者;数据库是通过软件访问的大型的、有组织的信息集合;文档是描述系统使用方法的手册、表格、图形及其他描述性信息;过程是一系列步骤,它们定义了每个系统元素的特定使用方法或系统驻留的过程性语境;体系结构原理计算机体系结构解决的是计算机系统在总体上、功能上需要解决的问题,它和计算机组成、计算机实现是不同的概念;一种体系结构可能有多种组成,一种组成也可能有多种物理实现;计算机系统结构的逻辑实现,包括机器内部数据流和控制流的组成以及逻辑设计等;其目标是合理地把各种部件、设备组成计算机,以实现特定的系统结构,同时满足所希望达到的性能价格比;一般而言,计算机组成研究的范围包括:确定数据通路的宽度、确定各种操作对功能部件的共享程度、确定专用的功能部件、确定功能部件的并行度、设计缓冲和排队策略、设计控制机构和确定采用何种可靠技术等;计算机组成的物理实现;包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,器件、模块、插件、底板的划分与连接,专用器件的设计,信号传输技术,电源、冷却及装配等技术以及相关的制造工艺和技术;主要研究内容1·机内数据表示:硬件能直接辨识和操作的数据类型和格式2·寻址方式:最小可寻址单位、寻址方式的种类、地址运算3·寄存器组织:操作寄存器、变址寄存器、及专用寄存器的定义、数量和使用规则4·:指令的操作类型、格式、指令间排序和控制机构5·:最小编址单位、编址方式、容量、最大可编址空间6·中断机构:中断类型、中断级别,以及中断响应方式等7·输入输出结构:输入输出的连接方式、处理机/存储器与间的数据交换方式、数据交换过程的控制8·信息保护:信息保护方式、信息保护机制;根据指令流、数据流进行分类1·单指令流单数据流SISDSISD其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机,其指令部件每次只对一条指令进行译码,并只对一个操作部件分配数据;2·单指令流多数据流SIMDSIMD以并行处理机为代表,结构如图,并行处理机包括多个重复的处理单元PU1~PUn,由单一指令部件控制,按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同的数据;3·多指令流单数据流MISDMISD的结构,它具有n个处理单元,按n条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理;一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入;4·多指令流多数据流MIMDMIMD的结构,它是指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统,多处理机就属于MIMD;二、计算机体系结构发展历程计算机体系结构已经经历了四个不同的发展阶段;第一阶段60年代中期以前,是计算机体系结构发展的早期时代;在这个时期通用硬件已经相当普遍,软件却是为每个具体应用而专门编写的,大多数人认为软件开发是无需预先计划的事情;这时的软件实际上就是规模较小的程序,程序的编写者和使用者往往是同一个或同一组人;由于规模小,程序编写起来相当容易,也没有什么系统化的方法,对软件开发工作更没有进行任何管理;这种个体化的软件环境,使得软件设计往往只是在人们头脑中隐含进行的一个模糊过程,除了程序清单之外,根本没有其他文档资料保存下来;第二阶段从60年代中期到70年代中期,是计算机体系结构发展的第二代;在这10年中计算机技术有了很大进步;多道程序、多用户系统引入了人机交互的新概念,开创了计算机应用的新境界,使硬件和软件的配合上了一个新的层次;实时系统能够从多个信息源收集、分析和转换数据,从而使得进程控制能以毫秒而不是分钟来进行;在线存储技术的进步导致了第一代数据库管理系统的出现;计算机体系结构发展的第二代的一个重要特征是出现了“软件作坊”,广泛使用产品软件;但是,“软件作坊”基本上仍然沿用早期形成的个体化软件开发方法;随着计算机应用的日益普及,软件数量急剧膨胀;在程序运行时发现的错误必须设法改正;用户有了新的需求时必须相应地修改程序;硬件或操作系统更新时,通常需要修改程序以适应新的环境;上述种种软件维护工作,以令人吃惊的比例耗费资源;更严重的是,许多程序的个体化特性使得它们最终成为不可维护的;“软件危机”就这样开始出现了;1968年北大西洋公约组织的计算机科学家在联邦德国召开国际会议,讨论软件危机课题,在这次会议上正式提出并使用了“软件工程”这个名词,一门新兴的工程学科就此诞生了;第三阶段计算机体系结构发展的第三代从20世纪70年代中期开始,并且跨越了整整10年;在这10年中计算机技术又有了很大进步;分布式系统极大地增加计算机系统的复杂性,局域网、广域网、宽带数字通信以及对“即时”数据访问需求的增加,都对软件开发者提出了更高的要求;但是,在这个时期软件仍然主要在工业界和学术界应用,个人应用还很少;这个时期的主要特点是出现了微处理器,而且微处理器获得了广泛应用;以微处理器为核心的“智能”产品随处可见,当然,最重要的智能产品是个人计算机;在不到10年的时间里,个人计算机已经成为大众化的商品;第四阶段在计算机系统发展的第四代已经不再看重单台计算机和程序,人们感受到的是硬件和软件的综合效果;由复杂操作系统控制的强大的桌面机及局域网和广域网,与先进的应用软件相配合,已经成为当前的主流;计算机体系结构已迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机/服务器或浏览器/服务器环境;世界范围的信息网为人们进行广泛交流和资源的充分共享提供了条件;软件产业在世界经济中已经占有举足轻重的地位;随着时代的前进,新的技术也不断地涌现出来;面向对象技术已经在许多领域迅速地取代了传统的软件开发方法;软件开发的“第四代技术”改变了软件界开发计算机程序的方式;专家系统和人工智能软件终于从实验室中走出来进入了实际应用,解决了大量实际问题;应用模糊逻辑的人工神经网络软件,展现了模式识别与拟人信息处理的美好前景;虚拟现实技术与多媒体系统,使得与用户的通信可以采用和以前完全不同的方法;遗传算法使我们有可能开发出驻留在大型并行生物计算机上的软件;二、未来展望现在的计算机体系研究中,愈来愈多的问题被发现计算机体系结构以图灵机理论为基础,属于冯·诺依曼体系结构;本质上,图灵机理论和冯·诺依曼体系结构是一维串行的,而多核处理器则属于分布式离散的并行结构,需要解决二者的不匹配问题;而且冯·诺依曼的核心只有3个:二进制、存储模型和一个时候只有一个操作的串行机制;这在长久以来推动了计算机体系的发展和革新,但也就是这3个核心,阻碍了计算机的进一步发展;首先,串行的图灵机模型和物理上分布实现的多核处理器的匹配问题;图灵机模型意味着串行的编程模型;串行程序很难利用物理上分布实现的多个处理器核获得性能加速.与此同时,并行编程模型并没有获得很好的推广,仅仅局限在科学计算等有限的领域.研究者应该寻求合适的机制来实现串行的图灵机模型和物理上分布实现的多核处理器的匹配问题或缩小二者之间的差距,解决“并行程序编程困难,串行程序加速小”的问题;在支持多线程并行应用方面,未来多核处理器应该从如下两个方向加以考虑;第一是引入新的能够更好的能够表示并行性的编程模型;由于新的编程模型支持编程者明确表示程序的并行性,因此可以极大的提升性能;比如Cell处理器提供不同的编程模型用于支持不同的应用;其难点在于如何有效推广该编程模型以及如何解决兼容性的问题;第二类方向是提供更好的硬件支持以减少并行编程的复杂性;并行程序往往需要利用锁机制实现对临界资源的同步、互斥操作,编程者必须慎重确定加锁的位置,因为保守的加锁策略限制了程序的性能,而精确的加锁策略大大增加了编程的复杂度;一些研究在此方面做了有效的探索;比如,Speculative Lock Elision机制允许在没有冲突的情况下忽略程序执行的锁操作,因而在降低编程复杂度的同时兼顾了并行程序执行的性能;这样的机制使得编程者集中精力考虑程序的正确性问题,而无须过多地考虑程序的执行性能;更激进的,Transactional Coherenceand ConsistencyTCC机制以多个访存操作Transaction为单位考虑数据一致性问题,进一步简化了并行编程的复杂度;主流的商业多核处理器主要针对并行应用,如何利用多核加速串行程序仍然是一个值得关注的问题;其关键技术在于利用软件或硬件自动地从串新程序中派生出能够在多核处理器上并行执行的代码或线程;多核加速串行程序主要有三种方法,包括并行编译器、推测多线程以及基于线程的预取机制等;在传统并行编译中,编译器需要花费很大的精力来保证拟划分线程之间不存在数据依赖关系;编译时存在大量模糊依赖,尤其是在允许使用指针如C程序的情况下,编译器不得不采用保守策略来保证程序执行的正确性;这大大限制了串行程序可以挖掘的并发程度,也决定了并行编译器只能在狭窄范围使用;为解决这些问题,人们提出推测多线程以及基于线程的预取机制等;然而,从这种概念提出到现在为止,这个方向的研究大部分局限于学术界,仅有个别商业化处理器应用了这种技术,并且仅仅局限于特殊的应用领域;我们认为动态优化技术和推测多线程包括基于线程的预取机制的结合是未来的可能发展趋势;冯·诺依曼体系结构的一维地址空间和多核处理器的多维访存层次的匹配问题;本质上,冯·诺依曼体系结构采用了一维地址空间;由于不均匀的数据访问延迟和同一数据在多个处理器核上的不同拷贝导致了数据一致性问题;该领域的研究分为两大类:一类研究主要是引入新的访存层次;新的访存层次可能采用一维分布式实现方式;典型的例子是增加分布式统一编址的寄存器网络;全局统一编址的特性避免了数据一致性地考虑;同时,相比于传统的大容量cache访问,寄存器又能提供更快的访问速度;TRIPS和RAW都有实现了类似得寄存器网络;另外,新的访存层次也可以是私有的形式;比如每个处理器和都有自己私有的访存空间;其好处是更好的划分了数据存储空间,已洗局部私有数据没有必要考虑数据一致性问题;比如Cell处理器为每个SPE核设置了私有的数据缓冲区;另一类研究主要涉及研制新的cache一致性协议;其重要趋势是放松正确性和性能的关系;比如推测Cache 协议在数据一致性未得到确认之前就推测执行相关指令,从而减少了长迟访存操作对流水线的影响;此外,Token Coherence和TCC也采用了类似的思想;程序的多样性和单一的体系结构的匹配问题;未来的应用展现出多样性的特点;一方面,处理器的评估不仅仅局限于性能,也包括可靠性,安全性等其他指标;另一方面,即便考虑仅仅追求性能的提高,不同的应用程序也蕴含了不同层次的并行性;应用的多样性驱使未来的处理器具有可配置、灵活的体系结构;TRIPS在这方面作了富有成效的探索,比如其处理器核和片上存储系统均有可配置的能力,从而使得TRIPS能够同时挖掘指令级并行性、数据级并行性及指令级并行性;而从指令集上说,CISC处理的是不等长指令集,它必须对不等长指令进行分割,因此在执行单一指令的时候需要进行较多的处理工作;而RISC执行的是等长精简指令集,CPU在执行指令的时候速度较快且性能稳定;RISC可同时执行多条指令,它可将一条指令分割成若干个进程或线程,交由多个处理器同时执行,因此在并行处理方面RISC明显优于CISC;由此可见,RISC经过近20年的发展,必将继续成为未来50年的主流;在RISC 的发展中,有以下几个关键技术需要进一步研究:1,延时转移技术,在RISC处理机中,指令一般采用流水线工作;取指令和指令执行并行执行;2,采用指令延时技术时,指令序列的调整最好在编译器中自动进行;3,指令取消技术,由于采用指令延时技术,遇到条件转移指令时,调整指令序列非常困难,在许多情况下找不到可以用来调整的指令;4,重叠寄存器窗口技术,CISC中的一条复杂指令在RISC中需要用一段子程序来实现,因此,执行指令时,访问存储器时的信息量非常大;。

笔记本电脑的发展历程及趋势展望

笔记本电脑的发展历程及趋势展望

第一部分笔记本电脑的发展历程及趋势展望(PPT-4)一.产业发展历程及趋势(PPT-5)•新生力量,世人瞩目自从世界上第一部笔记本电脑的诞生以来,笔记本电脑就被广泛地关注。

它引人注意的焦点在于它不仅仅改变了台式PC的外形,更重要的是它打破了台式PC的固定使用方式。

而在短暂的十多年发展过程中,笔记本电脑的外形、结构、性能都在不断地发生变化,各种硬件设备和部件结构已日趋完善,从而使电脑与人们的生活和工作更贴近。

笔记本电脑的性能和功能在不断增强的情况下,其价格也开始走近台式机了,所以,有人认为笔记本电脑大范围应用的时代已经到来了。

•互联网的兴起,为移动办公注入了活力互联网进入国内并以极快的速度发展,为笔记本电脑市场带来了巨大的转机,随之而来的是市场不断走向成熟。

随着网络接入设备的多元化,笔记本电脑以其强大的功能及移动办公的优势在互联时代尽显英雄本色。

尤其在近两年,IT业普遍呈现良好的发展势头以及互联网的迅速普及促使移动办公需求继续膨胀,国内笔记本电脑的销量呈现出逐年增长的趋势。

•超强生命力,增长最迅速尽管中国笔记本电脑的总体销量只占整个PC市场的6%左右,这与日本市场的50%、美国市场的30%、国际市场平均18%的比例差距还很大。

然而,国内笔记本电脑市场份额近两年都在以30%以上的幅度扩大,2000年上半年笔记本电脑销售量达到万台,同比增长率为%。

•国内市场的竞争格局笔记本电脑最初进入国内市场时,只是集中在东芝、IBM、AST、COMPAQ等几个国外知名品牌。

与台式机成长所走过的道路不同,国内笔记本电脑市场很快吸引了众多厂商参与角逐。

1997年之前,IBM、东芝、NEC等国际名牌产品,凭借技术优势占去了国内市场70%以上的市场份额。

另有20%的市场则被以宏基、伦飞为首的台湾品牌占据。

1997年,国产品牌不甘落后,不断创出新品牌,欲在市场上争得本土优势地位。

表现尤为突出的是在台式PC市场上扬国货威风的联想集团,96年率先推出了昭阳笔记本电脑,98年,方正、紫光跟随其后进入市场。

计算机科普讲座

计算机科普讲座
优化运营效率。
大数据处理需要高性能计算和存 储能力,以及高效的查询和分析 工具。
03
大数据还涉及隐私和伦理问题, 需要采取措施保护个人和敏感数
据。
04
物联网
物联网是指通过互联网相互连 接的物理设备、车辆、建筑物 以及其他具有电子设备、软件
、传感器和执行器的项目。
物联网可以实现远程监控和控 制,提高设备的效率和可靠性
多媒体技术也促进了跨媒体交流和信息传递的发展,使得不同类型的信息能够更加 方便地相互转换和共享。
04
计算机的安全与防护
计算机病毒与防护
计算机病毒的定义
计算机病毒是一种恶意软件,通过复制自身在计算机之间传播, 并能够破坏数据、干扰计算机操作。
常见病毒类型
包括蠕虫、木马、宏病毒等,每种病毒都有特定的传播方式和破坏 性行为。
通用计算机和专用计算机。通用计算 机适用于各种应用领域,专用计算机 则针对特定任务进行优化。
02
计算机的组成结构
硬件系统
中央处理器
中央处理器是计算机的核心, 负责执行程序中的指令和处理
数据。
存储器
存储器是计算机的记忆系统, 用于存储程序和数据。
输入输出设备
输入输出设备是计算机与外部 世界进行交互的接口,如键盘 、鼠标、显示器等。
人工智能的应用范围非常广泛 ,包括机器学习、自然语言处 理、计算机视觉等领域。
人工智能技术已经渗透到我们 日常生活的方方面面,如智能 语音助手、智能家居等。
多媒体应用
多媒体应用是指利用计算机技术对音频、视频、图像等多种媒体进行采集、编辑、 存储和播放的过程。
多媒体应用在教育、娱乐、广告等领域有着广泛的应用,如数字电影、虚拟现实等 。

现代计算机各个阶段区分

现代计算机各个阶段区分

现代计算机各个阶段区分现代计算机的发展可以分为几个重要阶段,这些阶段基本上反映了计算机技术的主要进步和转型。

以下是一个简化的概述,用于区分现代计算机发展的各个阶段:1.电子管计算机时代(1940s-1950s):•这个时期标志着现代计算机的诞生,以电子管作为主要的电子元件。

第一台电子计算机ENIAC(电子数值积分计算机)就是在这个时期问世的。

这些计算机体积庞大,耗电量巨大,但相比之前的机械计算机和电动计算器,它们的计算速度有了质的飞跃。

2.晶体管计算机时代(1950s-1960s):•晶体管的发明和应用,使得计算机变得更小、更便宜、更节能和更可靠。

晶体管取代了体积庞大、发热严重的电子管,这是计算机发展史上的一次重大进步。

这一时期的代表作是IBM 7090等。

3.集成电路(IC)计算机时代(1960s-1970s):•集成电路的出现进一步推动了计算机向更小型、更高效的方向发展。

集成电路将许多晶体管集成到一个小芯片上,极大地提高了计算机的性能和降低了成本。

这一时期,个人计算机(PC)的概念开始萌芽,代表产品包括IBM System/360等。

4.微处理器计算机时代(1970s-1980s):•微处理器的发明标志着计算机进入了一个新的时代。

微处理器是一种集成在单个芯片上的完整中央处理单元(CPU),使得个人计算机的制造成为可能。

1971年,英特尔推出了世界上第一款商用微处理器4004,开启了个人电脑时代。

这一时期的代表包括苹果II、IBM PC等。

5.个人计算机时代(1980s-现在):•从1980年代开始,个人计算机开始普及,微软的Windows操作系统和苹果公司的Macintosh计算机都在这一时期问世。

随后,个人计算机的性能持续提升,价格逐渐下降,成为家庭和办公室不可或缺的工具。

6.移动计算与云计算时代(2000s-现在):•随着互联网的普及和移动通信技术的发展,移动计算设备(如智能手机和平板电脑)以及云计算服务成为计算领域的新趋势。

计算机体系结构的发展历程

计算机体系结构的发展历程

计算机体系结构的发展历程计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口,它决定了计算机系统的组织方式和运行规则。

自计算机问世以来,计算机体系结构经历了多次重要的发展和演变,本文将从早期计算机到现代计算机体系结构的发展历程进行阐述。

一、早期计算机体系结构早期计算机体系结构是指第一台电子计算机诞生到20世纪60年代末的这一时期。

当时的计算机体系结构主要包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。

1. 冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是由冯·诺依曼教授在20世纪40年代提出的,被公认为是现代计算机体系结构的基础。

它的特点是将程序指令和数据存储在同一个存储器中,并通过总线进行传输。

这一体系结构的突破性在于实现了程序可存储和程序控制的计算机,奠定了计算机体系结构的基本原则。

2. 哈佛体系结构哈佛体系结构是由哈佛大学研究者于20世纪40年代提出的,与冯·诺依曼体系结构相比,它的特点是将指令和数据存储在两个独立的存储器中。

这一体系结构的优点在于指令和数据可以并行存取,提高了计算机的性能。

然而,由于成本和技术限制,哈佛体系结构在早期并未得到广泛应用。

二、现代计算机体系结构随着计算机技术的飞速发展,现代计算机体系结构呈现出多样化和高度并行化的特点,主要包括精简指令集计算机(RISC)、复杂指令集计算机(CISC)、超标量计算机和多核计算机。

1. 精简指令集计算机(RISC)精简指令集计算机是20世纪80年代提出的一种计算机体系结构,其设计原则是简化指令集,提高指令执行的效率。

RISC体系结构采用固定长度的指令格式,指令集精简,执行速度较快,易于实现和扩展,广泛应用于个人计算机和嵌入式系统。

2. 复杂指令集计算机(CISC)复杂指令集计算机是20世纪70年代提出的一种计算机体系结构,其设计原则是提供丰富、复杂的指令集,以便于编写高级语言程序。

CISC体系结构的指令集较大,指令执行的步骤复杂,但可以实现高级语言的高级功能,方便程序员编写程序。

计算机科学的发展趋势和前景展望

计算机科学的发展趋势和前景展望

计算机科学的发展趋势和前景展望计算机科学是一门涉及计算机系统、算法、数据结构等内容的学科,它在过去几十年中取得了巨大的发展。

随着信息技术的迅猛发展和互联网的普及,计算机科学的前景更加广阔。

本文旨在探讨计算机科学的发展趋势以及未来的前景展望。

一、人工智能的兴起人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)是计算机科学中的重要研究领域,它致力于使计算机系统具备智能和学习能力。

近年来,随着数据量的爆炸性增长和计算能力的提升,人工智能迎来了快速发展的时代。

从语音助手到智能驾驶,从自动翻译到医疗诊断,人工智能的应用渗透到了我们生活的方方面面。

人工智能在医疗、金融、交通、安防等领域具有广泛的应用前景。

未来,我们可以期待人工智能在医学影像分析、药物研发等方面发挥更大的作用,为人类的健康事业做出更多贡献。

同时,人工智能也将推动交通领域的智能化发展,实现更加高效和安全的交通运输。

二、大数据与云计算的融合大数据和云计算是当前计算机科学领域的热点技术。

随着各种传感器技术的快速发展和互联网的普及,我们正处于一个数据爆炸的时代。

大数据的价值不仅仅在于数据的存储和管理,更重要的是如何从数据中挖掘出有用的信息和知识。

云计算作为一种新型的计算模式,提供了强大的计算和存储能力,为大数据分析和处理提供了有力的支撑。

通过大数据与云计算的融合,可以实现对庞大数据集的实时分析和挖掘,从而为企业决策和个人生活带来更大的便利和效益。

三、虚拟现实与增强现实的发展虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)和增强现实(Augmented Reality,简称AR)是计算机科学领域的新兴技术。

通过虚拟现实技术,用户可以身临其境地感受到计算机生成的虚拟环境,为游戏、娱乐、教育等领域提供了全新的体验。

而增强现实技术则是将虚拟内容与现实世界进行融合,为用户提供丰富的交互和信息展示方式。

虚拟现实和增强现实的发展前景巨大。

随着硬件设备的进一步普及和技术的不断创新,我们可以期待虚拟现实和增强现实应用将更加广泛地渗透到我们的日常生活中,为我们带来更加丰富多样的体验和便利。

计算机的历史和发展

计算机的历史和发展

网络操作系统
提供网络通信和资源共享功能, 如Windows NT、Novell NetWare等。
早期操作系统
批处理系统如IBM的JCL,实 现了作业的自动顺序处理。
实时操作系统
用于控制实时系统,如飞行器、 工业控制系统等,如VxWorks。
现代操作系统
具备图形界面、多媒体支持、 网络功能等,如Windows、 macOS、Android等。
07
总结:回顾历史,展望未来
计算机历史发展脉络梳理
第一代计算机(1940s-1950s)
以真空管为主要元件,体积庞大且耗电量高,主要用于军事和科学计 算。
第二代计算机(1950s-1960s)
晶体管代替真空管,体积减小且性能提升,开始应用于商业和政府机 构。
第三代计算机(1960s-1970s)
06
展望
CPU性能提升途径探讨
架构创新
通过改进CPU的微架构,提高指 令执行效率,如采用更深的流水
线、增加并行处理单元等。
制程技术升级
不断缩小晶体管尺寸,提高集成度, 使得CPU在相同面积下可以集成更 多晶体管,从而提升性能。
多核多线程技术
通过增加CPU核心数量和线程数量, 提高并行处理能力,满足多任务处 理需求。
集成电路出现,计算机性能大幅提升,同时价格逐渐降低,个人电脑 开始萌芽。
第四代计算机(1970s-至今)
微处理器和大规模集成电路广泛应用,计算机性能飞速提升,体积进 一步缩小,个人电脑和移动互联网时代来临。
当前面临挑战与机遇分析
挑战
随着计算机技术的飞速发展,硬件更新速度加快,软件复杂性增加,导致计算机系统的设计和 维护成本不断上升。此外,网络安全、数据隐私和人工智能伦理等问题也日益突出。

计算机科学导论-计算机组成

计算机科学导论-计算机组成

目录•计算机系统概述•计算机硬件系统•计算机软件系统•计算机系统中的层次结构•计算机的应用与发展趋势•总结与展望计算机系统概述早期的计算机01在20世纪早期,人们开始使用真空管作为计算机的基本部件。

随着技术的发展,逐渐出现了更先进的电子管、晶体管和集成电路等计算机部件。

02发展历程从20世纪50年代开始,计算机技术经历了从大型主机、个人电脑到互联网和移动设备的多个发展阶段。

03现代计算机现代计算机已经成为了人们生活和工作中不可或缺的工具,应用范围涵盖了科学计算、数据处理、图像处理、网络通信等众多领域。

计算机的起源与发展包括中央处理器、内存、硬盘、显卡、声卡、网卡等硬件设备。

硬件系统包括操作系统、应用软件和数据库等软件工具。

软件系统包括路由器、交换机、调制解调器等网络设备,以及协议、网络拓扑结构等网络技术。

网络系统计算机系统的基本组成按用途分类可分为服务器、工作站、个人电脑和学习机等类型。

按规模分类可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和个人电脑等类型。

按处理方式分类可分为模拟计算机和数字计算机等类型。

计算机系统的分类计算机硬件系统中央处理器作用01中央处理器(CPU)是计算机的核心部件,负责执行程序中的指令并处理数据。

组成02CPU由运算器、控制器和寄存器组成,其中运算器负责进行算术和逻辑运算,控制器负责协调和指挥整个计算机系统,寄存器则用于存储数据和指令。

发展历程03CPU经历了从单核到多核的发展,现代CPU通常采用超线程技术提高处理效率。

存储器是计算机中的重要组成部分,用于存储数据和程序。

作用存储器分为内部存储器和外部存储器。

内部存储器包括CPU中的寄存器和高速缓存,外部存储器则包括硬盘、固态硬盘(SSD)和光盘等。

组成存储器通过存储单元来存储二进制数据,每个存储单元可以存储一个二进制数位(bit),多个存储单元组合在一起构成了存储器。

工作原理存储器作用输入输出设备是计算机与外部世界进行交互的桥梁。

计算机科学与技术的发展与展望

计算机科学与技术的发展与展望

计算机科学与技术的发展与展望摘要:计算机科学与技术作为一门相对年轻的学科领域,其发展与演变与现代科学技术的进步和社会的需求密切相关。

计算机科学与技术的起源可以追溯到二十世纪四十年代,当时的计算机只是简单的计算器和机械计算设备。

随着电子技术的发展,计算机逐渐发展为现代计算机,能够进行复杂的计算、存储和处理大量的数据,并实现各种功能。

人工智能理论则致力于研究机器智能和智能系统,为计算机科学与技术的应用和发展提供了重要方向和思路。

关键词:计算机科学;技术;发展;展望1计算机科学与技术的历史背景与理论基础1.1计算机科学与技术的历史背景在本节中,将介绍计算机科学与技术的历史背景。

计算机科学与技术的发展源远流长,起源于古代的计算工具和机械设备。

从古代的算盘、计算尺到近代的计算器、电子计算机,计算工具的发展经历了漫长的历史进程。

20世纪40年代,随着电子管的发明和应用,电子计算机开始进入实用化阶段,引领了计算机科学与技术的快速发展。

随后,随着集成电路、微处理器和个人电脑的出现,计算机科学与技术得到了更加广泛的应用和推广。

今天,计算机科学与技术已经成为一门独立的学科领域,涉及到计算机硬件、软件、网络和应用等方面。

通过对计算机科学与技术的历史背景的介绍,可以更加全面地了解和认识计算机科学与技术的发展轨迹,为进一步探讨其现状和未来趋势奠定基础。

1.2计算机科学与技术的主要领域在本节中,将详细介绍计算机科学与技术的主要领域。

计算机科学与技术涉及到众多领域,包括计算机网络、人工智能、大数据和云计算等。

计算机网络是计算机之间进行通信和数据交换的系统,包括局域网、广域网和互联网等。

人工智能是模拟和实现人类智能的研究领域,包括机器学习、自然语言处理和计算机视觉等。

大数据是处理海量数据的技术和方法,包括数据采集、存储、分析和可视化等。

云计算是通过互联网提供计算资源和服务的模式,包括基础设施即服务、平台即服务和软件即服务等。

除了计算机网络、人工智能、大数据和云计算,计算机科学与技术还涉及到数据库、图像处理、嵌入式系统和计算机图形学等领域。

计算机网络的历史及发展趋势

计算机网络的历史及发展趋势

2.2计算机网络的发展历程及发展趋势早在20世纪50年代初,以单个计算机为中心的远程联机系统构成,开创了把计算机技术和通信技术相结合的尝试。

这类简单的“终端——通信线路——面向终端的计算机”系统,构成了计算机网络的雏形。

严格的说,它和现代的计算机网络相比,存在根本的区别。

当时的系统除了一台中央计算机外,其余的终端设备没有独立处理数据的功能,当然还不能算是真正意义上的计算机网络。

为了区别以后发展的多个计算机互联的计算机网络,称它为面向终端的计算机网络,又称为第一代计算机网络。

从20世纪60年代中期开始,出现了若干个计算机主机通过通信线路互联的系统,开创了“计算机——计算机”通信的时代,并呈现出多个中心处理机的特点。

20世纪60年代后期,ARPANET网是由美国国防部高级研究计划局ARPA(目前称为DARPA,Defense Advanced Research Projects Agency)提供经费,联合计算机公司和大学共同研制而发展起来的,主要目标是借助通信系统,使网内各计算机系统间能够相互共享资源,它最初投入使用的是一个有4个节点的实验性网络。

ARPANET网的出现,代表着计算机网络的兴起。

人们称之为第二代计算机网络。

20世纪70年代至80年代中期是计算机网络发展最快的阶段,通信技术和计算机技术互相促进,结合更加紧密。

局域网诞生并被推广使用,网络技术飞速发展。

为了使不同体系结构的网络也能相互交换信息,国际标准化组织(ISO)于1978年成立了专门机构并制定了世界范围内的网络互联标准,称为开放系统互联参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection / Reference Model),简称OSI,人们称之为第三代计算机网络。

进入20世纪90年代后,局域网技术发展成熟,局域网已成为计算机网络结构的基本单元。

网络间互联的要求越来越强烈,并出现了光纤及高速网络技术。

随着多媒体、智能化网络的出现,整个系统就像一个对用户透明的大计算机系统,千兆位网络传输速率可达1G/s,它是实现多媒体计算机网络互联的重要技术基础。

计算机硬件体系结构的发展与趋势

计算机硬件体系结构的发展与趋势

计算机硬件体系结构的发展与趋势计算机硬件体系结构是指计算机硬件组件间相互连接和交互的方式,它直接关系到计算机系统的性能和效能。

随着科技的不断进步和发展,计算机硬件体系结构也在不断演变和创新。

本文将探讨计算机硬件体系结构的发展历程以及未来的趋势。

一、计算机硬件体系结构的发展历程计算机硬件体系结构的发展可以追溯到计算机诞生之初。

早期的计算机硬件体系结构采用冯·诺依曼体系结构,即将指令和数据存储在同一块内存中,并采用顺序执行的方式。

这种体系结构简单直观,但存在存储器访问瓶颈和指令级并行性不足的问题。

随着计算机应用领域的不断拓展和计算需求的增加,计算机硬件体系结构开始出现创新。

1970年代,超级计算机的出现引领了向向量并行处理和多处理器体系结构的发展。

在1980年代,出现了精简指令集计算机(RISC)和复杂指令集计算机(CISC)两种不同的体系结构。

1990年代,随着微处理器技术的突破,计算机硬件体系结构开始朝着更高性能和更低功耗的方向发展。

二、计算机硬件体系结构的趋势当前,计算机硬件体系结构正面临着多样化和个性化的应用需求。

以下是计算机硬件体系结构发展的几个主要趋势。

1. 并行处理和向量计算随着大数据和人工智能的兴起,计算机系统需要处理大规模的数据和运算复杂的计算任务。

并行处理和向量计算成为提高计算性能的重要手段。

计算机硬件体系结构将更加注重提升并行计算和向量计算的能力,例如引入多核处理器、图形处理器(GPU)等,以满足高性能计算的需求。

2. 内存和存储技术内存和存储技术一直是制约计算机性能的瓶颈之一。

未来,计算机硬件体系结构将致力于提高内存的容量和速度,并探索新的存储技术,如固态硬盘(SSD)和非易失性内存(NVM),以提高数据访问的效率和速度。

3. 芯片制造工艺芯片制造工艺的进步对计算机硬件体系结构的发展至关重要。

随着技术的不断进步,芯片制造工艺将实现更小的晶体管尺寸和更高的集成度,从而实现更高的计算性能和更低的功耗。

计算机的发展历程以及对计算机新技术的认知3000字

计算机的发展历程以及对计算机新技术的认知3000字

计算机的发展历程以及对计算机新技术的认知一、概述1. 从古代的算盘到现代的超级计算机,计算机一直在不断地发展和进步。

2. 计算机的发展历程是一个漫长而又令人兴奋的过程,它的发展不仅改变了我们的生活,也改变了整个世界。

3. 本文将重点介绍计算机的发展历程,并对计算机新技术进行认知和探讨。

二、计算机的发展历程1. 古代计算工具a. 古代人类使用的第一个计算工具是算盘,它是一种用来进行基本数学运算的工具。

b. 算盘的出现极大地提高了人类的计算效率,也为后来的计算工具的发明奠定了基础。

2. 电子计算机的诞生a. 20世纪40年代,电子计算机作为一种全新的计算工具出现在了人们的视野中。

b. 世界上第一台电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的ENIAC团队研制成功的,它的诞生标志着计算机的发展进入了一个新的阶段。

3. 个人计算机的普及a. 20世纪80年代,随着个人计算机的出现和普及,计算机开始进入了千家万户。

b. 个人计算机的普及使得计算机技术逐渐走入人们的日常生活,也催生了大量的软件和硬件技术的发展。

4. 互联网时代的到来a. 20世纪90年代,互联网技术的大规模应用极大地改变了人类的生活方式。

b. 互联网的出现使得信息传播更加便利,也为计算机技术的发展提供了更加广阔的空间。

5. 人工智能时代的开启a. 21世纪,随着人工智能技术的逐渐成熟,计算机技术进入了一个全新的时代。

b. 人工智能技术的应用使得计算机在图像识别、语音识别、自然语言处理等方面取得了巨大的进步。

三、计算机新技术的认知1. 人工智能技术a. 人工智能技术是指使计算机系统具有智能行为的一门技术。

b. 人工智能技术在图像识别、语音识别、自然语言处理等方面有着广泛的应用。

2. 量子计算机技术a. 量子计算机是利用量子力学特性来进行计算的一种新型计算机。

b. 量子计算机技术的出现将极大地提高计算机的运算速度和计算能力。

3. 区块链技术a. 区块链技术是一种分布式的数据库技术。

微型计算机的发展历史、现状及前景

微型计算机的发展历史、现状及前景

微型计算机的发展历史、现状及前景摘要自1981年美国IBM公司推出了第一代微型计算机IBM-PC/XT以来,以微处理器为核心的微型计算机便以其执行结果精确、处理速度快捷、小型、廉价、可靠性高、灵活性大等特点迅速进入社会各个领域,且技术不断更新、产品不断换代,先后经历了80286、80386、80486乃至当前的80586 (Pentium)微处理器芯片阶段, 并从单纯的计算工具发展成为能够处理数字、符号、文字、语言、图形、图像、音频和视频等多种信息在内的强大多媒体工具。

如今的微型计算机产品无论从运算速度、多媒体功能、软硬件支持性以及易用性方面都比早期产品有了很大的飞跃,便携式计算机更是以小巧、轻便、无线联网等优势受到了越来越多的移动办公人士的喜爱,一直保持着高速发展的态势。

关键词:微型计算机现状发展AbstractSince 1981, American IBM launched the first generation of microcomputer IBM PC/XT - since, as the core of the micro processor microcomputer with its implementation result, quick speed, small, inexpensive, high reliability and flexibility of large rapidly into social fields, and constantly update products, technology, experienced 80286 80386 microprocessors, 80486, even the 80586 (Pentium) microprocessor chips, and the computational tool development from simple to handle Numbers, words and symbols, language, graphics, audio and video image, various information, powerful multimedia tools. Now, the products from the micro computer operation speed and multimedia function, hardware and software support and usability in early products have great leap, portable computer is more compact, lightweight, wireless networking by more and more advantages of mobile office personage love, kept the high-speed development of the situation. KEYWORDS: microcomputer development situation1 微型计算机的发展历史第一台微型计算机——1974年,罗伯茨用8080微处理器装配了一种专供业余爱好者试验用的计算机“牛郎星”(Altair)。

关于计算机发展及未来发展趋势的论文

关于计算机发展及未来发展趋势的论文

关于计算机发展及未来发展趋势的论文摘要
本文旨在探讨计算机技术发展的历史与发展趋势。

计算机技术的发展
始于20世纪50年代,从最初的大型机、小型机、微型机到今天的平板电脑、移动设备、云计算等。

计算机技术的发展也带来了科学研究的不可思
议的进步,并对社会运行产生了巨大的影响。

从未来计算机技术的发展趋
势来看,除了一些正在发展的技术外,还有更多有望让人类的生活更加完
善的技术,如人工智能、谷歌眼镜、3D打印等。

关键词:计算机技术;历史;发展趋势;未来
1、引言
计算机技术是当今社会无处不在的应用,是一项重要的科学技术。


第一台计算机诞生至今,已经有数十年的历史发展。

随着人们对计算机的
认识和应用,计算机技术也涉及到日常生活的各个方面。

本文主要从计算
机技术的历史发展出发,介绍计算机技术发展的一些特点和未来的发展趋势。

2、计算机技术的发展及特点
计算机技术的发展可以追溯到20世纪50年代,它从最初的朽木硬件
和文本系统发展到现代的人机交互界面和软件实现的高级技术。

在计算机
技术的发展中,从最初的大型机、小型机和微型机发展到今天的智能手机、平板电脑等智能设备,我们看到计算机技术不断发展、日新月异。

计算机发展史

计算机发展史
分时操作系统
这种系统允许多个用户同时以交互方式使用计算机,每个 用户都感觉自己独占了一台计算机。UNIX就是典型的分时 操作系统。
实时操作系统
这种系统能够在限定的时间内对外来事件做出响应,并控 制所有实时设备和实时任务协调一致地运行。它主要面向 过程控制、数据处理等应用领域。
主流操作系统发展历程及特点分析
晶体管与集成电路
晶体管的发明和集成电路的普 及,推动了计算机的微型化。
个人电脑革命
随着微处理器和操作系统的出 现,个人电脑开始进入家庭和
企业。
互联网与移动通信
互联网的普及和移动通信技术 的发展,实现了全球范围内的
信息共享和通信。
当前行业热点话题探讨
人工智能与机器学习
人工智能技术的快速发展,尤其是机器 学习领域的突破,引领了新一轮的技术
等型号,它们采用晶体管逻辑电路,大大提高了计算机的运算速度和可
靠性。
集成电路与微处理器技术革新
集成电路的发明
1958年,美国德克萨斯仪器公司的基尔比和仙童公司的诺伊斯发明了集成电路,将多个电子元件集成在一 块硅片上,进一步缩小了计算机的体积和功耗。
微处理器的诞生
20世纪70年代初,美国英特尔公司推出了第一款微处理器4004,它集成了2300个晶体管,具备基本的运算 和控制功能,为个人电脑的诞生奠定了基础。
计算机发展史
目录
• 计算机起源与早期发展 • 操作系统与软件技术演进 • 计算机网络与通信技术发展 • 硬件设备与存储介质变革 • 信息安全与隐私保护问题挑战 • 总结回顾与未来趋势预测
01
计算机起源与早期发展
机械式计算机时代
早期计算工具
如算盘、计算尺等,用于辅助数学运算。
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计算机系统结构发展历程及未来展望一、计算机体系结构什么是体系结构经典的关于“计算机体系结构(computer Architecture)”的定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的,其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性,即概念性结构与功能特性” 。

按照计算机系统的多级层次结构,不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。

一般来说,低级机器的属性对于高层机器程序员基本是透明的,通常所说的计算机体系结构主要指机器语言级机器的系统结构。

计算机体系结构就是适当地组织在一起的一系列系统元素的集合,这些系统元素互相配合、相互协作,通过对信息的处理而完成预先定义的目标。

通常包含的系统元素有:计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程。

其中,软件是程序、数据库和相关文档的集合,用于实现所需要的逻辑方法、过程或控制;硬件是提供计算能力的电子设备和提供外部世界功能的电子机械设备(例如传感器、马达、水泵等);人员是硬件和软件的用户和操作者;数据库是通过软件访问的大型的、有组织的信息集合;文档是描述系统使用方法的手册、表格、图形及其他描述性信息;过程是一系列步骤,它们定义了每个系统元素的特定使用方法或系统驻留的过程性语境。

体系结构原理计算机体系结构解决的是计算机系统在总体上、功能上需要解决的问题,它和计算机组成、计算机实现是不同的概念。

一种体系结构可能有多种组成,一种组成也可能有多种物理实现。

计算机系统结构的逻辑实现,包括机器内部数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

其目标是合理地把各种部件、设备组成计算机,以实现特定的系统结构,同时满足所希望达到的性能价格比。

一般而言,计算机组成研究的范围包括:确定数据通路的宽度、确定各种操作对功能部件的共享程度、确定专用的功能部件、确定功能部件的并行度、设计缓冲和排队策略、设计控制机构和确定采用何种可靠技术等。

计算机组成的物理实现。

包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,器件、模块、插件、底板的划分与连接,专用器件的设计,信号传输技术,电源、冷却及装配等技术以及相关的制造工艺和技术。

主要研究内容1·机内数据表示:硬件能直接辨识和操作的数据类型和格式2·寻址方式:最小可寻址单位、寻址方式的种类、地址运算3·寄存器组织:操作寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专用寄存器的定义、数量和使用规则4·指令系统:机器指令的操作类型、格式、指令间排序和控制机构5·存储系统:最小编址单位、编址方式、主存容量、最大可编址空间6·中断机构:中断类型、中断级别,以及中断响应方式等7·输入输出结构:输入输出的连接方式、处理机/存储器与输入输出设备间的数据交换方式、数据交换过程的控制8·信息保护:信息保护方式、硬件信息保护机制。

根据指令流、数据流进行分类1·单指令流单数据流(SISD)SISD其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机,其指令部件每次只对一条指令进行译码,并只对一个操作部件分配数据。

2·单指令流多数据流(SIMD)SIMD以并行处理机为代表,结构如图,并行处理机包括多个重复的处理单元PU1~PUn,由单一指令部件控制,按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同的数据。

3·多指令流单数据流(MISD)MISD的结构,它具有n个处理单元,按n条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理。

一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入。

4·多指令流多数据流(MIMD)MIMD的结构,它是指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统,多处理机就属于MIMD。

二、计算机体系结构发展历程计算机体系结构已经经历了四个不同的发展阶段。

第一阶段60年代中期以前,是计算机体系结构发展的早期时代。

在这个时期通用硬件已经相当普遍,软件却是为每个具体应用而专门编写的,大多数人认为软件开发是无需预先计划的事情。

这时的软件实际上就是规模较小的程序,程序的编写者和使用者往往是同一个(或同一组)人。

由于规模小,程序编写起来相当容易,也没有什么系统化的方法,对软件开发工作更没有进行任何管理。

这种个体化的软件环境,使得软件设计往往只是在人们头脑中隐含进行的一个模糊过程,除了程序清单之外,根本没有其他文档资料保存下来。

第二阶段从60年代中期到70年代中期,是计算机体系结构发展的第二代。

在这10年中计算机技术有了很大进步。

多道程序、多用户系统引入了人机交互的新概念,开创了计算机应用的新境界,使硬件和软件的配合上了一个新的层次。

实时系统能够从多个信息源收集、分析和转换数据,从而使得进程控制能以毫秒而不是分钟来进行。

在线存储技术的进步导致了第一代数据库管理系统的出现。

计算机体系结构发展的第二代的一个重要特征是出现了“软件作坊”,广泛使用产品软件。

但是,“软件作坊”基本上仍然沿用早期形成的个体化软件开发方法。

随着计算机应用的日益普及,软件数量急剧膨胀。

在程序运行时发现的错误必须设法改正;用户有了新的需求时必须相应地修改程序;硬件或操作系统更新时,通常需要修改程序以适应新的环境。

上述种种软件维护工作,以令人吃惊的比例耗费资源。

更严重的是,许多程序的个体化特性使得它们最终成为不可维护的。

“软件危机”就这样开始出现了。

1968年北大西洋公约组织的计算机科学家在联邦德国召开国际会议,讨论软件危机课题,在这次会议上正式提出并使用了“软件工程”这个名词,一门新兴的工程学科就此诞生了。

第三阶段计算机体系结构发展的第三代从20世纪70年代中期开始,并且跨越了整整10年。

在这10年中计算机技术又有了很大进步。

分布式系统极大地增加计算机系统的复杂性,局域网、广域网、宽带数字通信以及对“即时”数据访问需求的增加,都对软件开发者提出了更高的要求。

但是,在这个时期软件仍然主要在工业界和学术界应用,个人应用还很少。

这个时期的主要特点是出现了微处理器,而且微处理器获得了广泛应用。

以微处理器为核心的“智能”产品随处可见,当然,最重要的智能产品是个人计算机。

在不到10年的时间里,个人计算机已经成为大众化的商品。

第四阶段在计算机系统发展的第四代已经不再看重单台计算机和程序,人们感受到的是硬件和软件的综合效果。

由复杂操作系统控制的强大的桌面机及局域网和广域网,与先进的应用软件相配合,已经成为当前的主流。

计算机体系结构已迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机/服务器(或浏览器/服务器)环境。

世界范围的信息网为人们进行广泛交流和资源的充分共享提供了条件。

软件产业在世界经济中已经占有举足轻重的地位。

随着时代的前进,新的技术也不断地涌现出来。

面向对象技术已经在许多领域迅速地取代了传统的软件开发方法。

软件开发的“第四代技术”改变了软件界开发计算机程序的方式。

专家系统和人工智能软件终于从实验室中走出来进入了实际应用,解决了大量实际问题。

应用模糊逻辑的人工神经网络软件,展现了模式识别与拟人信息处理的美好前景。

虚拟现实技术与多媒体系统,使得与用户的通信可以采用和以前完全不同的方法。

遗传算法使我们有可能开发出驻留在大型并行生物计算机上的软件。

二、未来展望现在的计算机体系研究中,愈来愈多的问题被发现计算机体系结构以图灵机理论为基础,属于冯·诺依曼体系结构。

本质上,图灵机理论和冯·诺依曼体系结构是一维串行的,而多核处理器则属于分布式离散的并行结构,需要解决二者的不匹配问题。

而且冯·诺依曼的核心只有3个:二进制、存储模型和一个时候只有一个操作的串行机制。

这在长久以来推动了计算机体系的发展和革新,但也就是这3个核心,阻碍了计算机的进一步发展。

首先,串行的图灵机模型和物理上分布实现的多核处理器的匹配问题。

图灵机模型意味着串行的编程模型。

串行程序很难利用物理上分布实现的多个处理器核获得性能加速.与此同时,并行编程模型并没有获得很好的推广,仅仅局限在科学计算等有限的领域.研究者应该寻求合适的机制来实现串行的图灵机模型和物理上分布实现的多核处理器的匹配问题或缩小二者之间的差距,解决“并行程序编程困难,串行程序加速小”的问题。

在支持多线程并行应用方面,未来多核处理器应该从如下两个方向加以考虑。

第一是引入新的能够更好的能够表示并行性的编程模型。

由于新的编程模型支持编程者明确表示程序的并行性,因此可以极大的提升性能。

比如Cell处理器提供不同的编程模型用于支持不同的应用。

其难点在于如何有效推广该编程模型以及如何解决兼容性的问题。

第二类方向是提供更好的硬件支持以减少并行编程的复杂性。

并行程序往往需要利用锁机制实现对临界资源的同步、互斥操作,编程者必须慎重确定加锁的位置,因为保守的加锁策略限制了程序的性能,而精确的加锁策略大大增加了编程的复杂度。

一些研究在此方面做了有效的探索。

比如,Speculative Lock Elision机制允许在没有冲突的情况下忽略程序执行的锁操作,因而在降低编程复杂度的同时兼顾了并行程序执行的性能。

这样的机制使得编程者集中精力考虑程序的正确性问题,而无须过多地考虑程序的执行性能。

更激进的,Transactional Coherenceand Consistency(TCC)机制以多个访存操作(Transaction)为单位考虑数据一致性问题,进一步简化了并行编程的复杂度。

主流的商业多核处理器主要针对并行应用,如何利用多核加速串行程序仍然是一个值得关注的问题。

其关键技术在于利用软件或硬件自动地从串新程序中派生出能够在多核处理器上并行执行的代码或线程。

多核加速串行程序主要有三种方法,包括并行编译器、推测多线程以及基于线程的预取机制等。

在传统并行编译中,编译器需要花费很大的精力来保证拟划分线程之间不存在数据依赖关系。

编译时存在大量模糊依赖,尤其是在允许使用指针(如C程序)的情况下,编译器不得不采用保守策略来保证程序执行的正确性。

这大大限制了串行程序可以挖掘的并发程度,也决定了并行编译器只能在狭窄范围使用。

为解决这些问题,人们提出推测多线程以及基于线程的预取机制等。

然而,从这种概念提出到现在为止,这个方向的研究大部分局限于学术界,仅有个别商业化处理器应用了这种技术,并且仅仅局限于特殊的应用领域。

我们认为动态优化技术和推测多线程(包括基于线程的预取机制)的结合是未来的可能发展趋势。

冯·诺依曼体系结构的一维地址空间和多核处理器的多维访存层次的匹配问题。

本质上,冯·诺依曼体系结构采用了一维地址空间。

由于不均匀的数据访问延迟和同一数据在多个处理器核上的不同拷贝导致了数据一致性问题。

该领域的研究分为两大类:一类研究主要是引入新的访存层次。

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