考研笔记

计算机硬件的发展

这一节是全书唯一一节纯记忆内容，选择题里最多占一分。但它有一个不该被略过的用处：后面六章讲的每一项技术，都是这条发展线撞到某堵墙之后的应对。 把墙认出来，后面的机制就不是凭空冒出来的。

机制

四代划分：判据是主要逻辑器件

代时间主要逻辑器件主存速度量级
一1946~1957电子管汞延迟线、磁鼓几千次/秒
二1958~1964晶体管磁芯存储器几十万次/秒
三1964~1971中小规模集成电路半导体存储器几百万次/秒
四1972~今大规模、超大规模集成电路半导体存储器上亿次/秒

判据只有一条：主要逻辑器件。 操作系统、高级语言、网络这些是伴随特征，不是划代依据——题目若拿”出现了分时操作系统”来问是第几代，要先换算回器件。

两个必记的年份与名字：

  • 1946 年，ENIAC：世界上第一台电子数字计算机。
  • 冯·诺依曼在 EDVAC 方案中提出存储程序思想。

边界辨析：ENIAC 不是存储程序计算机

这是本节唯一一个真正会做错的点。

ENIAC 用开关和插线设置程序，改一个程序要重新接线几天。“存储程序”——把程序像数据一样放进存储器——是冯·诺依曼在 ENIAC 之后提出的。

所以：

说法判断
”ENIAC 是第一台电子数字计算机”✅
“ENIAC 是第一台存储程序计算机”❌
“ENIAC 由冯·诺依曼设计”❌ 他是顾问，主要设计者是莫克利和埃克特
”冯·诺依曼提出了存储程序思想”✅

存储程序这件事有多重要，1.2.5 会讲——它是整台机器能”自动”运行的全部前提。

摩尔定律：是经验观察，不是物理定律

教材口径：集成电路上可容纳的晶体管数目约每 18 个月翻一番，性能也随之提升。

三条边界必须钉住：

说法判断理由
”摩尔定律是物理定律”❌是对产业趋势的经验观察
”摩尔定律说主频每 18 个月翻一倍”❌说的是晶体管数目（集成度）
“晶体管翻倍所以程序快一倍”❌见下

第三条是本节与后面全书的接口。 晶体管变多了，多出来的用在哪？——这个问题的答案就是第 3~5 章的全部内容：

多出来的晶体管拿去做了什么在哪一章
更大的 Cache3.5
更深的流水线、更多功能部件5.6
分支预测、乱序执行5.6.5
更多的核5.7.3

而这些东西一个都不会让”一条指令执行得更快”——它们提高的是吞吐率，不是延迟。这条区分在 1.3.1 会正式立起来，然后贯穿全书。

一条更有用的读法：每一代都在撞墙

把发展史读成”撞墙—绕开”的序列，它就和后面六章连上了：

撞到什么墙怎么绕在哪一章
器件速度到顶（单靠提高主频不行了）一次干多件事——流水线、多发射、多核5.6、5.7
CPU 快了，主存跟不上（存储墙）加一层快的挡在前面——Cache3.5
主存装不下（容量墙）借辅存的空间——虚拟存储器3.6
设备太慢、还不告诉你什么时候好中断、DMA7.3
部件之间连线爆炸公共通路——总线6.1
指令越加越复杂精简回去——RISC4.4

六堵墙，六章。 这不是巧合——整本《计算机组成原理》讲的就是”性能上不去时还能做什么”。

边界

说法判断理由
”代际按操作系统的发展划分”❌按主要逻辑器件
”第三代用的是大规模集成电路”❌是中小规模；大规模/超大规模是第四代
”ENIAC 采用存储程序方式”❌用插线设置程序
”摩尔定律保证性能每 18 个月翻倍”❌只说集成度
”现在已经是第五代计算机了”⚠️教材仍按四代；“第五代”是对未来智能计算机的设想，不是已发生的划代
”微处理器的出现标志第四代开始”✅1971 年 Intel 4004

对照速查

代器件记忆抓手
一电子管体积大、耗电、易坏
二晶体管小了、省电了
三中小规模集成电路开始”集成”
四大/超大规模集成电路微处理器、个人计算机
摩尔定律：集成度个月经验，非定律；对象是晶体管数

考点

  • 四代的器件顺序——出现频率最高，几乎年年有。
  • ENIAC 与存储程序的关系——最容易被设成陷阱。
  • 摩尔定律的对象是集成度，不是主频、不是性能。

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