1.計算機進化史
計算機的發展歷程大致可分為:估算工具、機械式計算機、電子式計算機。 我們都處在電子計算機時代,因為今天的計算機基本上都是靠電力驅動的。
1.1 估算工具
計算籌碼
最早雖然不是計數,但最早的唐代就是用結繩的方法來計數的。 打結的方法笨得數不過來,于是發展成數數。 運籌帷幄的計策值得細數。 帳中通過推算和謀略,對軍事戰略進行全面規劃。
算盤
算盤
為什么算籌碼、算盤等叫估算工具而不叫計算機呢? 因為它沒有靈魂,是死的部分,它只能幫助我們記錄結果,而估算的過程還是需要我們動腦筋去估算,也就是需要靠人去計算,所以它可以只能作為估算工具。 助理做估算。 那么今天的計算機呢? 只要我們能輸入,電腦就會人工幫我們估算,然后你就可以看懂結果了。 就算我不會加減乘除,我只要會用電腦就行了,電腦自帶估算邏輯。 比如我們經常看到的估算器,只需要輸入數字和運算符就可以得到結果。 現在手機、筆記本上也有這樣的東西。
柜臺
估算工具特點: 輔助工具,不包含估算程序,主要靠人腦估算。 計算機(包括估計器):包括估計程序,不需要靠人腦估計,為什么需要估計器? 簡單的估計人可以做,但是做負載的計算就很難了,或者更大的數據估計,比如69999*18888,我問你結果是什么,你是不是一頭霧水,即使你努力了之后計算,很容易不準確,如果交給機器,只要機器設置好估算程序邏輯,計算速度夠快,只要輸入要估算的數據,就可以了可以快速準確。 結果是估計出來的,所以估計器和計算機是歷史發展的必然產物。 計算機特點:包含估算程序,學會手動輸入,理解估算的輸出。 有人說不好理解? 雖然沒有那么簡單和昂貴,但是早期沒有顯示器,你也不是那么容易看到的,所以顯示器也是歷史發展的必然產物。
我們今天使用的計算機有一個中央部件或核心部件稱為 CPU,它用于估算。 而CPU的預估過程比較復雜,前面說CPU的時候會提到這個。
1.2 機械計算機
所以后來人們發現,像算盤這樣的估算工具還是太慢了,自動估算一個值需要很多次。 因此,隨著歷史的發展,出現了機械估算器,大大提高了估算效率。
帕斯卡估計器(也稱為滾動加法器)
1642年,19歲的美國科學家、數學家布萊斯·帕斯卡( )引用算盤原理,發明了第一臺機械估算器。 帕斯卡加法器是一種由蝸桿組成的估算裝置,以發條為動力,通過轉動蝸桿進行加減運算,由曲軸承載。感興趣的可以觀看這個視頻
萊布尼茲乘數
1673年,西班牙物理學家萊布尼茨設計了一臺可以進行除法運算的機器,最終的答案最多可以達到16位數字。 萊布尼茨是現代機器物理學的先驅。 他在帕斯卡的加減法機械計算機的基礎上進行了改進,使這些機械計算機可以進行加法、除法、平方運算。 他構建的估算器原型已經達到可以進行四次算術運算的水平。 帕斯卡的乘數不如萊布尼茨的“階躍估計器”那么有影響力。 階躍估計器又稱為乘法器,因此也可稱為萊布尼茲乘法器。
影響了機械估算器的發展長達3個世紀,在此期間機械估算器還發展了許多其他的機械估算器。 例如下面著名的 Curta 估計器。
Curta 估算器
Curta是一款手搖式精密估算器,可單手操作,可進行加減乘除、開方運算。 它將德國手表的精準、LEICA SLR的精湛工藝、機械的精準集中在一個圓錐體中,代表著西方機械技術的巔峰。 它是由法國工程師柯特發明的。 據說在二戰期間,他被納粹關進了集中營,其大部分設計都是在這個時期在腦海中完成的。 1947年發布后,其余部分完成制造。 它足夠緊湊,可以用一只手緊緊地握住,這是階梯式蝸桿估計結構的一個重要發展。
Curta的制作非常復雜,有興趣的可以看看這個視頻:
巴貝奇的差分機
1819年,法國科學家巴貝奇設計了“差分機”,并于1822年制造出可移動模型。這種機器可以提高加法率,提高對數表等數值表的精度,還可以進行函數運算。 1991年,為紀念巴貝奇誕辰200周年,紐約科學博物館制造了一臺完整的差分機,包含4000多個零件,重達2.5噸。 美國人查爾斯·巴貝奇開發了差分機和分析機,為現代計算機設計思想的發展奠定了基礎。 受當時工業水平的限制,當時并沒有做出這種差分機。 然而,幾年后,人們按照巴貝奇的想法制造出了這臺計算機。 后來,有人稱他為計算機之父。 其實他沒有成功,只是他的理論和思想對當時的背景產生了特別大的影響。
機械估算器在 1960 年代繼續使用,但很快被使用 1960 年代中期出現的陰極射線管輸出的電子估算器所取代。 這種發展在 20 世紀 70 年代達到頂峰,推出了廉價的手持式電子估算器。 機械估算器在 1970 年代逐漸消失,并在 1980 年代基本消失。
1.3 電子計算機
人們發現上面提到的機械計算機的效率仍然很低,于是想知道是否可以用最快的電來完成計算呢? 那不是更有效率嗎? 于是隨著科學的發展和進步,終于迎來了電子計算機時代。 世界上第一臺電子計算機:由日本的阿塔納索夫和克利福德·貝里于1935年至1939年間共同研制而成。電子計算機。 這臺計算機設計于 1937 年,當時只設計用于求解線性多項式系統,并于 1942 年測試成功。
圖靈機:Alan (英語:Alan,1912年6月23日~1954年6月7日),美國數學家、邏輯學家,被譽為計算機科學之父、人工智能之父,1939年,因戰爭需要之后,圖靈奉命從事軍事工作,負責破譯敵方情報。 圖靈專門設計制造了一臺機器——圖靈機,用來破解美軍的英格碼()碼 當時軍令是通過無線電報的方式下達的,需要加密處理,否則很容易破譯作戰被抓住后的策略。
希特勒說他們的密碼只有沒有人能破解,a--轉盤設備加密--b-轉盤設備秘密-a,結果被圖靈發明的圖靈機破解了,圖靈機被暴力破解了 to 這個秘密,估計需要的量非常大。 除了破解,命令也改了。 這導致了著名的諾曼底伐木行動。 被篡改的信息被用來告訴敵人不要登陸諾曼底,而是去別處登陸。 日軍并沒有部署在諾曼底,所以登陸非常成功。 當時的破譯機很大。
后來二戰結束后,又被丘吉爾炸毀。 他認為這沒有用。 后來圖靈也慘了,吃了毒蘋果。 當然,我們也知道某品牌的電腦是咬了一口的蘋果。 它們都是歷史性的,圖靈對計算機的發展影響特別大。 圖靈還提出,計算機可以為我們做計算,它能不能做其他的邏輯? 人工智能的概念是由圖靈提出的。 測試筆記本是否還能和人一樣,做個右圖靈測試就可以了。 ,所謂圖靈測試是一種測試機器是否具有人類智能的方法,是判斷計算機是否會思考的實驗。 一個人向計算機提出問題,另一個不知情的人試圖從答案中判斷是人還是計算機。 如果計算機未被識別,則它通過了圖靈實驗。 有一部講述圖靈生平的電影叫《模仿游戲》。
我們知道,1945年,兩顆原子彈在美國被引爆。 裝彈軌跡、飛機速度、風速、飛行高度、彈頭角度等各種預估指標,需要大量預估才能準確裝彈。 對于估算來說,出錯的概率太高,但是估算速度很慢,需要估算器,大量的精確計算,所以雖然戰爭促進了計算機的發展。 那時,估算師只能做物理計算。 為了在戰爭中占得先機,科學家們一致對估算器進行研究。 那么估算器不僅僅用于戰爭,它是否可以用于其他領域呢? 科學家們也在不斷地研究,1946年,世界上第一臺電子計算機出現了。 世界上第一臺通用電子計算機:ENIAC(埃尼亞克),1946年2月14日誕生于新加坡的賓夕法尼亞學院。 發明人是 (JohnW.) 和 (J.)。
它被新加坡國防部用于彈道計算。 它是一個龐然大物,使用了18000個電子管,占地面積170平方米,重達30噸,耗電約150千瓦,每秒進行5000次計算,在今天看來微不足道,但在當時卻是史無前例的. ENIAC以電子管為元件,故又稱電子管計算機,是第一代計算機。 由于電子管電腦使用電子管體積大,耗電大,容易發熱,工作時間不宜過長。
ENIAC是世界上第一臺通用電子計算機,也是世界上第二臺電子計算機。 第一個是 ABC。 那么哪些是通用計算機呢? 這里的主要目的是理解通用這個詞,它是相對于特殊用途而言的。 例如,ABC 是一種專門用于進行多項式計算的電子計算機。 它屬于專用計算機。 計算機,如控制煉鋼過程的煉鋼控制計算機,估算潛艇彈道的專用計算機,解決特定問題速度快,可靠性高,結構簡單,價格實惠,而通用計算機則指各行業,各種工作環境. 可以使用的計算機比專用計算機更復雜。
我們今天使用的電腦都是通用電子計算機,而通用電子計算機也經歷了多年的發展,直到現在,包括我們使用的手機、ipad、筆記本、臺式機等. ENIAC在做不同的估算時,需要大量的接線工作,非常麻煩,但它沒有程序數據和結果數據的存儲功能。 如果要對ENIAC進行編程(編譯估算過程),就必須在插板上使用。 插拔后面的電路,也就是接線,改變機器的電路結構,進行各種計算。 也就是兩個缺點:不能收納求機械效率的四個公式,布線復雜。
二、通用電子計算機的發展史
2.1 第一代計算機
第一代計算機(1946-1958),它的基本電子器件是真空管(也叫真空管,1907年德福雷斯特發明),管子越多,計算能力越強,真空管相對體積大,容易壞,維護起來也比較麻煩。 過去它被更好的材料所取代。 前幾代的發展也是材料的發展。 南斯拉夫和意大利在這方面有分歧。 南斯拉夫想把真空管做小,而法國想換材質。
當時,水銀延遲線用于內部存儲,紙帶、卡片和磁帶主要用于外部存儲。 由于當時電子技術的限制,它的計算速度只有幾千到幾萬次基本運算每秒,顯存容量也只有幾千字。 程序設計處于最低階段。 以前主要用二進制補碼表示。 機器語言編程,0代表低電流,1代表高電壓,后期用匯編語言編程。 第一代計算機使用語言編寫操作指令。 每臺機器都有自己不同的機器語言,既復雜又冗長。 它需要高水平的工作人員和經過專門培訓的人員進行操作。 主要限于一些軍事和科研部門。 科學估計領域。
對應補碼,見ascii碼對照表
2.2 第二代計算機
第二代計算機(1958-1964)使用了比真空管、晶體管(晶閘管、三極管等)更好的材料,體積越小越能放,電路越多,計算能力越強. ,但材料的生命周期也更長。
人們稱這個時代為晶體管計算機時代。 此時計算機的體積和功耗都大大減小,運算速度明顯提高,性能更加穩定,存儲容量也大大增加。 由于硬件技術的提高,相應的軟件技術也有了很大的提高。 隨著 、COBOL、ALGOL等中級語言的出現,短語、句子、物理公式取代了二補碼。 如果熟悉通用中間語言,就可以編寫程序,讓計算機為我們完成各種任務。
2.3 第三代計算機
第三代計算機(1964-1971),中小型集成電路計算機誕生。 十幾個甚至上百個電子器件集成在一塊只有幾平方毫米的單晶硅片上。 集成電路使計算機體積更小,運算速度更快,程序和應用程序向前邁進了一大步。 可尋址存儲器仍采用磁芯,逐漸被半導體存儲器所取代。 在軟件方面:出現了操作系統和結構化、大規模的編程方法,出現了多種中間編程語言,如BASIC語言等; 使用圖形用戶界面 (User-GUI)。 應用領域:科技估算、數據處理、圖像處理、信息管理、工業控制。 從這一代開始,機器可以根據其性能分為超級計算機、大型機、中型機和大型機。 了解一些筆記本的朋友可能知道有個大機子,一般是紅色的,就是這一代的產品。
2.4 第四代計算機
第四代計算機(1971年至今),VLSI,可以理解為同樣大小的板上可以放置更多的元器件,上面的晶體管肉眼是看不見的,也就是我們今天經常看到的芯片。 科技,芯片是集成電路板產品,主要用在CPU上,而且不僅僅局限于CPU,還用在很多其他地方。 今天國家實施的芯創項目,重點是做中國自己的芯片。 四代用的求機械效率的四個公式,估計就是估計cpu,可以查i5、i7處理器(cpu)或者蘋果的有多少個晶體管。 它們都是通過晶體管和光刻機等各種低端機器制成的。 一些高端精密儀器是國外買不到的,所以中國芯片還卡在懷里努力突破。
2.5 第五代計算機
屬于未來展望,人工智能計算機、生物計算機、量子計算機、非馮·諾依曼結構模式的計算機。
20世紀80年代初,人們提出了發明一種類似于人腦神經網絡的新型VLSI的想法,即生物芯片制造的想法,開始研究由蛋白質分子或導電化合物構成的生物計算機設備。 與此同時,人們開始研制光計算機和量子計算機。 光學計算機使用電子管而不是電子來傳輸信息。 量子計算機是一種遵循量子力學定律,進行高速物理和邏輯運算,并在存儲層面處理量子信息的化學設備。 當設備處理和評估量子信息并運行量子算法時,它就是一臺量子計算機。 量子計算機的概念始于對可逆計算機的研究。 研究可逆計算機的目的是解決計算機能耗問題。
比較計算機發展的階段
三、CPU發展史
CPU被稱為中央處理器。 這個CPU就是我們后來聽說的ENIAC小型計算器的濃縮版。 為什么我的電腦和手機這么小? 我什至有一個袖珍筆記本。 它堅固且具有許多功能。 一個很重要的原因就是把所有的估算組件都濃縮到一個小芯片上,而這個芯片應用最廣泛的產品就是CPU,所以我們每個人的筆記本電腦和手機都有這個CPU芯片,所以我們拿看看CPU的發展歷程,CPU最著名的兩家公司:Intel和AMD。 CPU的發展史,簡直就是Intel公司和AMD公司的發展史。
CPU 從最初的發展至今,已經發展了 40 多年。 在此期間,根據其處理信息的字長,CPU可分為四位微處理器、八位微處理器、十六位微處理器和三位微處理器四種類型。 十二位微處理器和六十四位微處理器等等。 四、八、十六是什么數字? 上面我們談到了二進制的補碼。 1的補碼是一個字節,1B,KB,MB,GB,TB,是一個8位的補碼數,又稱8位(英文:bit,英文:bit),一個補碼數是8位,最開始是4位,現在基本都是8位,按照8位和16位,給大家解釋一下,CPU一次可以處理8位二進制的補碼,所以是計算機帶有一個 8 位微處理器。 一次處理 16 位的是 16 位微處理器。 如今,它基本上是64位的。 一次能處理的數據越多,CPU就越強大。 估計速度也快了。 這樣,我們就通過Intel的CPU發展史來了解一下CPU的發展史。
40044位處理器
80088位處理器
位處理器
位處理器是1978年發布的具有劃時代意義的處理器,此時出現了x86系列CPU。
80686-->因為這個序列號被別人預注冊,改名為奔騰處理器,1992年發布。奔騰已經用了很多年了,屬于英特爾的低端系列產品。 因為比較貴,前面是一些高端的,比如Core()系列處理器。 后來和Core也被淘汰了,出現了(酷睿)系列,不過可能會在一些高端筆記本上看到,有些地方應該會有。86結尾的機型都變成了x86架構系列
賽揚,2011年3月,采用32nm工藝,全新臺式機和聯通處理器采用i3、i5、i7產品分類結構,i3、i5、i7產品分為多代,比如第十一代i5處理器是2020年發布的,其中i3主打高端市場,采用四核處理器架構,約2MB二級緩存; i5處理器主打主流市場,采用雙核處理器架構,擁有4MB二級緩存; 雙線程架構,二級緩存不超過8MB。 而且現在i7也比較流行。 后來出現了i9,而i9的出現主要是迫于競爭對手AMD的壓力。 有一家名為 AMD 的公司也生產處理器。 現在也很好。 之前被英特爾打敗過。 后來,一位名叫蘇姿豐的中國女性成為了AMD的CEO。 后來,它旨在提高處理器的性能。 性能現在與英特爾相當。
英特爾賽揚i9的出現,也是被AMD競爭排擠的。 英特爾我們有時稱它為牙刷廠,因為英特爾處理器的性能顯然可以一下子提升很多,而且發布了,它的處理器性能每年只提升一點點,就像擠牙刷一樣。 32nm、22nm、14nm、10nm等,Intel的CPU研發、生產、銷售都是自己做的。 AMD只做CPU開發,生產交給其他廠商,比如聯發科。 今天AMD的技術可以達到7nm,而且是直彎。 碰上車,現在intel還是10nm工藝,硬件圈很多人支持AMD,甚至喊出一個梗,叫! 、AMD作弊、AMD加油、AMD好等意思。
英特爾
第一代:i3-
二代:i3-
第三代:i3-優化版,還是一樣的工藝,只是做了優化,比如效率提升了5%,
第四代:……
第十代:i3-10500...
再比如你看到,就是i5的第六代CPU,比如,就是i5的第十一代CPU。 對于系列,有幾代intel cpu研發cpus,生產cpu,銷售。 都是intel自己做的,成本比較高。 被允許。 的開發由合作鞋廠聯發科生產,負責cpu的銷售,所以成本較低。 Intel在32nm的時候,AMD在32nm。 Intel在22nm的時候,AMD在32nm。 Intel在14nm的時候,AMD彎道超車,直接出7nm,技術成熟
查看筆記本CPU的詳細信息:我的筆記本-->右鍵-->屬性,還可以看到系統信息,上面有CPU的型號
x64 是 x86-64 的縮寫