计算机体系结构和发展

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1、计算机体系结构和发展李艳楠⑴引言：随着当今社会和科技的飞速发展，口四十年代计算机问世以來，计算机科学更是发展迅速，应用领域不断扩展计算机的普及和广泛应用，现代社会正朝着髙度信息化，自动化方向发展。计算机逐渐成为社会必不可少的支柱力量，所以了解计算机体系结构和硬件的发展的相关知识也成为了一种必耍的知识能力⑵内容提要简耍论述计算机体系的定义，分类，和发展（3）关键词计算机体系结构正文~.定计算机体系结构就是指适当地组织在一起的一系列系统元素的集合，这些系统元索互相配合、相互协作，通过对信息的处理而完成预先定

2、义的口标。通常包含的系统元索有：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、数据结构和相关文档的集合,用于实现所需更的逻辑方法、过程或控制；硬件是捉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。计算机体系结构也就是程序员所看到的计算

3、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。二.发展历程计算机系统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，是计算机系统发展的早期时代。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，程序编写起來相当容易，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

4、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。笫二阶段从60年代屮期到70年代中期，是计算机系统发展的第二代。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。计算机系统发展的第二代的一个垂要特征是出现了“

5、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。随着计算机应用的口益普及，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年北人西洋公约组织的计算机科学家在联邦徳国召开国际会议，讨论软件危机课题，在这次会议上正式提出并使

6、用了“软件工程”这个名词，一门新兴的工程学科就此诞生了。第三阶段计算机系统发展的第三代从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亍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

7、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小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岀来。面向对彖技术已经

8、在许多领域迅速地取代了传统的软件开发方法。二.基木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。其日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閑包括：确定数据通路的宽度、确