计算机历史与性能设计:ENIAC到x86与ARM比较
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在"计算机组成与结构:lecture 2 Computer Evolution and Performance.pdf"中,该文档深入探讨了计算机的历史演变和性能设计。首先,课程目标是让大学生理解计算机的起源和发展,以及如何通过设计理念提升性能。讲座的重点包括以下几个方面: 1. 计算机简史:从早期的ENIAC(电子数值积分器和计算机)说起,由John Mauchly和John Eckert在1943年至1946年期间在宾夕法尼亚大学研发,其初衷是为了计算复杂的军事用途,如弹道轨迹。ENIAC重达30吨,耗电140千瓦,占用空间达15,000平方英尺,尽管如此,它的运算速度只有每秒5000次加法,且使用的是十进制而非二进制,程序需要通过开关手工输入,这导致编程过程极其繁琐。 2. 第一代计算机:真空管时代:ENIAC是真空管时代的代表,它拥有20个累加器,每个累加器由10个真空管表示每一位数字,一次只能有一个真空管处于工作状态,这限制了其处理能力。由于没有微处理器,存储器也十分有限,程序的存储和修改需要人工操作。 3. 冯·诺依曼存储程序概念:ENIAC的不足在于其程序和数据都在同一物理介质上,这导致程序的修改困难。冯·诺依曼提出的存储程序理念引入了将程序分开存放的思想,使得计算机可以独立执行预先编好的指令,极大地提高了效率。 4. 后续发展:英特尔x86和ARM处理器家族:随着科技的进步,处理器家族如Intel的x86系列和ARM处理器成为现代计算机的核心,它们在性能、功耗和灵活性上都有显著提升。这些处理器家族的发展推动了计算机性能的飞跃,同时也影响了整个计算机行业的架构设计。 5. 计算机类型多样性:文档还可能介绍了不同类型的计算机,如通用计算机、专用计算机、嵌入式系统等,每种类型都有特定的应用场景和性能优化策略。 6. 性能评估:最后,课程讨论了如何评估计算机的性能,可能涉及CPU时钟频率、内存带宽、指令集架构、能效比等多个维度。 这堂课提供了丰富的历史背景和理论知识,使学生对计算机的进化历程有全面了解,并认识到性能优化在设计中的重要性。学习这些内容对于理解现代计算机技术的根基,以及设计高效系统的策略至关重要。
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