Chapter 2
全部内容来自《计算机组成原理》第二版，唐朔飞 著
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
(1) 1943年，(Electronic Numerical Integrated and Computer)ENIAC的出现不但实现了制造一台通用计算机的目标，而且标志计算工具进入了一个崭新的时代，是人类文明发展史中的一个里程碑。
(2) 1945年，冯诺依曼首次提出存储程序的概念，即将程序和数据一起存放在存储器中。
(3) 1946年，冯诺依曼设计了一台存储程序的计算机IAS。
- IBM：计算机制造商的绝对权威。
- 晶体管代替电子管的重大变革。
- 第二代晶体管计算机
贝尔实验室：利用半导体硅制成了第一个晶体管。
其复杂的工艺，不仅严重影响制造计算机的生产效率，更严重的是，由几十万个元件产生几百万个焊点导致计算机工作的可靠性不高。
- 1958年，微电子学的深入研究，特别是新的光刻技术和设备的成熟，为计算机的发展又开辟了一个崭新时代 — 集成电路时代。
- 第三代集成电路计算机
计算机的数据存储、数据处理、数据传送以及各类控制功能基本上都是由具有布尔逻辑功能的各类门电路完成的，而大量的门电路又都是由晶体管、电阻、电容等搭接而成。小规模集成电路和中等规模集成电路为第三代计算机。
。。。后来。。。
1972 - 1977： 大规模集成电路
1978 - present：超大规模集成电路
2.1.2 微型计算机的出现和发展
集成电路技术把计算机的控制单元和算逻单元集成到一个芯片上，制成了微处理器芯片。
微型计算机的发展在很大程度上取决于微处理器的发展，而微处理器的发展又依赖于芯片集成度和处理器主频的提高。
计算机的硬件提高：
I. 提高微处理器：
- 提高处理器的主频
- 增加扩展指令集
- 增加流水线
- 提高生产工艺水平
存在问题：
- 如何有效解决微处理器的功耗和散热问题。
- 处理器和主存之间的不匹配问题，主要因素是处理器与主存之间的接口和处理器与外设之间的接口。
- 具体原因：处理器与主存之间的接口是整个计算机最重要的通路，因为其主要负责在主存与处理器之间传送指令和数据，如果主存或者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状态。
- 解决方法：1. 可加宽数据总线的宽度；2. 在主存和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；3. 采用高速总线来缓冲和分流数据；从而提高处理器和存储器之间的连接带宽。
- 处理器和外设之间也存在大量的数据传输要求。
- 可通过各种缓冲机制、加上高速互连总线以及更精致的总线结构来解决它们之间传输速率的不匹配问题。
发展重点：
- 提高复杂度来提高处理器性能，利用指令级并行方法加速单线程应用，组织更宽的超标量，采用更多的功能部件、多级Cache和激进的数据、控制以及指令轨迹预测，达到使用尽可能多的指令级并行（Instruction-Level Parallelism, ILP)
- 通过线程/进程级并行性的开发提高处理器的性能，即通过开发线程级并行性（Thread-Level Parallelism, TLP) 或者 进程级并行性（Process-Level Parallelism, PLP)来提高性能， 简化硬件设计。
- 将存储器集成到处理器芯片内来提高处理器性能，PIM（Processor in Memory)技术提出将处理器和储存器集成在同一芯片上。
- 发展嵌入式处理器， 目前发展趋势是高性能、低成本和低功耗，主要是针对专门的应用领域进行专门设计。
2.1.3 软件技术的兴起和发展
机器语言-> 汇编语言->汇编程序 -> 高级语言（面向科学计算和工程计算 -> 结构化程序设计阶段 -> 面向对象程序设计阶段 -> 更适应网络环境的面向对象的Java语言）->编译程序/解释程序 -> 操作系统 ->系统软件/应用软件
软件产品开发过程：
- 明确开发要求
- 可行性分析
- 确定基本方法
- 需求分析
- 用户核准需求
- 意见一致后，进入软件设计阶段
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