計算機的前世今生


      提到計算機,就離不開硬件和軟件,簡單點講,也是一對矛盾的統一體。一方面,硬件的發展能在很大程度上制約着軟件的運行效果,同時硬件的發展又極大促進軟件運行效果的提升;另一方面,軟件的發展又能反作用在硬件的發展速度上。軟硬件之間即相互制約又能互相促進,確實是挺有意思的:

計算機的硬件發展

      個人印象里,計算機(硬件)就是是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等部分組成,之前是遙不可及,如今卻能融入到我們生活、工作的多個角落的實用工具。再次致敬喬幫主等高人為此做出的卓越貢獻。

      回顧歷史,計算機的發展經歷了結繩計數、算籌、算盤等手動處理階段;帕斯卡加法器、萊布尼斯步進輪等半自動機械處理階段;而馬克1號是承接電動計算機與電子計算機的時代產物;埃尼阿克的出現,正式代表了現代電子計算機的起步。從晶體管的順利應用,電子計算機從發展到應用,實現了真正意義上的騰飛,每一代計算機的出現,都展現出了,前所未有的強大計算和數據處理能力。

   

    電子管數字機:
    應用領域局限在高機密領域和方向。硬件方面,邏輯元件采用的是真空電子管,主存儲器采用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯;外存儲器采用的是磁帶。軟件方面采用的是機器語言、匯編語言。

  在實際使用過程中,當時的電腦運行需要程序員提前將程序寫入到插電板上,然后,在允許使用的時間內(當時的計算機,太少,需求量太大),由程序設計工程師占用計算機,當程序運行中出現問題,需要調試,從這個層面上講在當時計算機的使用效率較低。
  代表產品:ENIAC,EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator,愛達賽克)和EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer,愛達瓦克),IBM701,IBM709
   

 

    晶體管數字機:

    電子管元件在運行時產生的熱量太多,可靠性較差,運算速度不快,價格昂貴,體積龐大,這些都使計算機發展受到限制。逐漸地,晶體管開始被用來作計算機的元件。晶體管即實現了電子管的功能,又具有尺寸小、重量輕、壽命長、效率高、發熱少、功耗低等優點。自此,電子線路的結構大大改觀。硬件方面的操作系統、高級語言及其編譯程序應用領域以科學計算和事務處理為主,並開始進入工業控制領域。特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高(一般為每秒數10萬次,可高達300萬次)、性能比第1代計算機有很大的提高。在運行層面上,IO和計算是分離的。
  在實際使用過程中,由於啟用了批處理技術,程序的設計和運行過程得到分離,程序的運行由計算機機房的管理人員進行對一批次程序進行統一操作,在一批次程序運行完成后結果統一反饋,相對的提升了計算機的使用效率,但是效率還是比較低的。
代表產品:IBMRCA501、7090,中國全晶體管電子計算機441—B
  
    集成電路數字機:
    集成電路發展初期最重要的應用領域是計算機技術領域。第三代計算機的發展是建立在集成電路技術基礎上的,其硬件的各個組成部分,從微處理器、存儲器到輸入、輸出設備,都是集成電路技術的結晶。邏輯元件采用中、小規模集成電路(MSI、SSI),主存儲器仍采用磁芯。軟件方面出現了分時操作系統以及結構化、規模化程序設計方法。特點是速度更快(一般為每秒數百萬次至數千萬次),而且可靠性有了顯著提高,價格進一步下降,產品走向了通用化、系列化和標准化等。應用領域開始進入文字處理和圖形圖像處理領域。
  當時多道技術產生,理論上可以提升了計算機的運行效率。基於單核,即單個CPU。運行過程中,多道技術的使用提升了CPU的效率,實現了空間上的服用(多程序提前將數據讀入到內存中)和時間上的復用(多個程序運行過程中進行切換)。可以多並發,但是,並非是並行執行的。然而,為了保證數據的安全性和穩定性,多個程序在內存中是應該隔離開的,但當時的技術尚未成熟。所以在實際應用中,前期的三代計算機仍在批處理層面上。
代表產品:IBM360系列、370系列
 
    大規模集成電路機:
    硬件方面,邏輯元件采用大規模和超大規模集成電路(LSI和VLSI)。軟件方面出現了數據庫管理系統、網絡管理系統和面向對象語言等。1971年世界上第一台微處理器在美國硅谷誕生,開創了微型計算機的新時代。應用領域從科學計算、事務管理、過程控制逐步走向家庭。
代表產品:蘋果公司APPLE II、Macintosh,各品牌微型個人計算機
 
    伴隨集成技術的不斷發展,個人電腦在內的計算機體系的發展也步入了快車道,而互聯網的出現更使得計算機有了進一步融合發展的新動力。

    回顧歷史,計算機在數據存儲,數據處理,數據傳輸幾大方向上的每一次更新迭代,都會給計算機生產和應用體系帶來質的飛躍。展望未來,新型計算機技術的發展和逐步成熟也讓人感到欣喜。功能上進一步全面和強大,體積上進一步精簡和縮小,應用上進一步智能化,數據傳輸上進一步網絡化,技術上進一步跨領域跨學科融合發展。

    納米計算機、分子計算機、光子計算機、量子計算機、雲計算機、生物計算機……未來的計算機雛形在今天已經上演爭奇斗艷,計算機的世界未來可期。

  

現代計算機的主要硬件功能

  • CPU
    • 負責運算和控制
    • 主要參數,主頻、緩存、核數
    • 分類方式:
      • 常見廠商:Inter(穩定)、Amd(快)
      • 接口方式:PGA針式接口,LGA觸點式:新式接口類型 現在Intel的CPU基本使用該接口
    • 常見故障
      • 溫度過高,散熱不良導致死機、重啟
  • 內存
    • 負責存儲數據,隨機存儲的高速存儲設備
    • 分類
      • 按品牌
      • 按容量大小
    • 主要參數:
      • 容量
      • 頻率
    • 常見異常
      • 兼容性問題,在擴展完內存后出現藍屏,換品牌和頻率相同的內存
      • 接頭氧化,出現電腦啟動以后,屏幕不亮,用橡皮或紙巾擦一下內存接頭
      • 當正常情況下,內存的使用率達到了70%以上,則說明內存不夠用了,需要加內存。
  • 硬盤
    • 永久存儲的設備。
    • 分類:
      • 按存儲方式,機械硬盤、固態硬盤
      • 按應用方向,普通硬盤、企業硬盤、監控硬盤、NAS硬盤等
    • 接口
      • IDE、scsi、sata、sas
    • 主要參數:
      • 容量
      • 緩存
      • 機械硬盤,轉速,讀寫速率
      • 固態硬盤,讀寫速度
    • 常見故障
      • 機械硬盤,盤片損壞
  • 顯卡
    • 負責顯示
    • 主要指標
      • 顯存
      • 位寬,處理速率
      • 頻率
    • 顯卡分類
      • 根據接口分類
      • 根據應用場景分類
  • 聲卡
  • 網卡
    • 一般主板自帶千兆網卡
  • 主板
    • 負責將所有的設配連接起來
    • 參考指標
      • 大板、小板
      • 接口數量
      • 支持cpu類型
      • 是否繼承了三卡
      • 南北橋
  • 機箱、電源
    • 主要參數
      • 材質
      • 抗靜電
      • 散熱
      • 空間
  • 鍵盤、鼠標
  • 顯示器
  • 音箱、耳麥 
  •  

 

計算機軟件

      計算機軟件,簡單點說是電腦運行程序、相關規程和文檔的集合。

      計算機軟件的主要特點可以總結為:1,不是實體的物理存在,具體的存在效果只能通過運行過程才能了解。2,是腦力勞動的成果,和人類的邏輯能力、思維水平直接關聯。3,在創建和使用過程中,因為沒有物理實體所以就不存在磨損等情況,但需要根據實際情況即使調整即需要更新和維護。4,運行過程依賴於硬件系統。5,可以完全復制。

      計算機軟件的分類,常見的分類方式有應用層面的和授權層面的。個人感覺,授權層面會隨着發展不斷淡化。應用層面,可以大致把軟件分為系統軟件和應用軟件。

      系統軟件主要包括操作系統和運行開發環境兩大部分,操作系統是實現管理計算機硬件與軟件資源的程序,同時也是計算機系統的內核與基石。操作系統身負諸如管理與配置內存、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出設備、操作網絡與管理文件系統等基本事務。運行開發環境,或者稱為支撐軟件,它主要包括環境數據庫、各種接口軟件和工具組(基本的工具組包括,比如編譯器、數據庫管理、存儲器格式化、文件系統管理、用戶身份驗證、驅動管理、網絡連接等方面)。起到了支撐各種軟件的開發與維護的作用。

      應用軟件是為了某種特定的用途而被開發的軟件。它可以是一個特定的程序。也可以是一組功能聯系緊密,可以互相協作的程序的集合。

      從授權層面,可以把軟件大致分為專屬軟件、自由軟件、共享軟件、免費軟件和公共軟件。

      軟件的生命周期,是指從軟件定義、開發、使用、維護到報廢為止的整個過程,一般包括問題定義、可行性分析、需求分析、總體設計、詳細設計、編碼、測試和維護。

      軟件的常見幾種生命周期模型或過程模型,有瀑布模型(自上而下環環相扣),原型+瀑布模型(迭代建立原型,瀑布模型實施),增量模型(先實現核心功能,主要功能、輔助功能可以在之后的更新版本中逐批次添加),迭代模型。

      軟件的開發語言即編程語言,可大致分為機器語言、匯編語言、高級語言。其中機器語言最接近底層硬件系統,編制專業度高、編制效率低、運行效率高;匯編語言和高級語言相比,比較接近底層硬件系統編制專業度較高、編制效率較低、運行效率較高;高級語言最接近人類語言,相對來說編制效率高,但執行效率低。其中,在高級語言中,又可以簡單分出編譯型高級語言、解釋型高級語言等。編譯型高級語言在開發完成后需要經過編譯過程,能生成獨立運行的二進制碼形式存在的執行程序,所以一旦開發完成,運行效率比較高。解釋型語言,開發完成后,執行過程是通過解釋器,邊編譯邊執行。解釋型語言相對來說開發效率比較高,跨平台性能好,但執行效率相對較低。

      編譯型語言代碼——》一次性把代碼交給編譯器——》匯編語言——》及其語言

      解釋型語言代碼——》邊執行邊編譯(解釋器或者虛擬機)——》機器語言

      編譯型的語言的可移植性,分為硬件的跨平台和軟件上的跨平台。硬件上的跨平台主要是考慮CPU不同的指令集,比如,intel,amd 是復雜指令集,高性能高功耗。而ARM,代表的是精簡指令集,性能精簡,功耗低。支持復雜指令集的軟件,不能完全支持精簡指令集,反之亦然,所以現在手機上的軟件和電腦上的軟件不能通用。軟件平台的可移植性,主要是在不同的操作系統之間的兼容型。

      解釋型語言在跨平台方面表現良好,主要是跨平台的相關任務,基本上交給了解釋器或虛擬機。在編寫程序過程中,基本上不用過多地考慮軟件的跨平台。

 

 

計算機常見故障排查

  • 定位問題
    • 顯示 “ 正在啟動 ” 等自檢過程,但是啟動不起來,則是系統有問題。BIOS芯片在電腦啟動時,進行硬件檢測。如果檢測不通過,則是硬件出現問題了。
  • 排除法查看硬件故障
    • 主板問題
    • CPU
    • 內存問題
    • 顯卡問題
    • 硬盤
    • 電源
  • PE備份數據,然后重裝系統

 

 

 

    


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