馮·諾依曼體系架構(gòu)概念

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展階段：

1、電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代

2、晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代

3、（中小型）集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代

4、大型集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代

未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展方向。

量子霸權(quán)2019年新聞

計(jì)算機(jī)專業(yè)術(shù)語(yǔ)：摩爾定律

計(jì)算機(jī)的計(jì)算（硬件+軟件）

計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展階段

1、手工操作

2、批處理操作

3、多道程序設(shè)計(jì)

4、分時(shí)系統(tǒng)

5、實(shí)時(shí)系統(tǒng)

6、通用操作系統(tǒng)

現(xiàn)代按用途對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分類

1、超級(jí)計(jì)算機(jī)2、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)3、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)4、個(gè)人計(jì)算機(jī)5、嵌入式計(jì)算機(jī)。

在之前的視頻與大家分享了，計(jì)算設(shè)備的發(fā)展歷史，而接下來(lái)我們聊聊計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史。

在聊計(jì)算設(shè)備之前我們先要知道，馮.諾依曼體系架--現(xiàn)代 計(jì)算機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

從20世紀(jì)初，物理學(xué)和電子科學(xué)家們就在爭(zhēng)論制造可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的計(jì)算器應(yīng)該采用什么樣的結(jié)構(gòu)。

人們被 十進(jìn)制 這個(gè)人類習(xí)慣的計(jì)數(shù)方法所困擾。

所以，那時(shí)以研制十進(jìn)制 計(jì)算機(jī)的呼聲更為響亮和有力。直到20世紀(jì)30年代中期，美國(guó)科學(xué)家 馮·諾依曼 就大膽的提出：拋棄 十進(jìn)制，采用 二進(jìn)制 作為 數(shù)字計(jì)算機(jī) 的數(shù)制基礎(chǔ)。同時(shí)，他還提出了預(yù)先編制計(jì)算程序，然后由計(jì)算機(jī)來(lái)按照人們事前制定的計(jì)算順序來(lái)執(zhí)行數(shù)值計(jì)算工作。從此人們把 馮·諾依曼 的這個(gè)理論稱為 馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。

1、

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu) 也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的 硬件 體系結(jié)構(gòu)，它包括五大硬件單元：

a) 輸入設(shè)備：鍵盤

b) 輸出設(shè)備：顯示器

c) 存儲(chǔ)器：內(nèi)存

d) 運(yùn)算器：用于完成 算術(shù)運(yùn)算 和 邏輯運(yùn)算

e) 控制器

其中 運(yùn)算器 和 控制器 組成 中央處理器，也叫 CPU。

2、功能

根據(jù) 馮·諾依曼 體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)所具備的功能：

a) 把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)中。

b) 必須具有長(zhǎng)期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運(yùn)算結(jié)果的能力。

c) 能夠完成各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加工處理的能力。

d) 能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶。

3、

輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存中，CPU 從內(nèi)存中取出數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，運(yùn)算完畢后在交給內(nèi)存，內(nèi)存將 CPU 處理過(guò)的數(shù)據(jù)交給輸出設(shè)備，由輸出設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸出。

4、注意

a) 存儲(chǔ)器指的是 內(nèi)存，而不是 外存(磁盤)

b) 不考慮緩存的情況下，這里的 CPU 能且只能對(duì)內(nèi)存進(jìn)行讀寫，不能訪問(wèn)外設(shè)(輸入或輸出設(shè)備)

c）外設(shè)(輸入或輸出設(shè)備)要進(jìn)行輸入或者輸出數(shù)據(jù)時(shí)，也只能寫入內(nèi)存或者從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)

d) 所有設(shè)備都只能直接和內(nèi)存打交道

第一代計(jì)算機(jī)：電子管時(shí)代

第一臺(tái)計(jì)算機(jī) 電子管計(jì)算機(jī) (1946-1957年)

世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)"ENIAC"（安尼亞克）于1946年2月14日在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生，是美國(guó)人莫克利（JohnW.Mauchly）和艾克特（J.PresperEckert）發(fā)明的，主要是有大量的電子管組成，主要用于科學(xué)計(jì)算。

主要特點(diǎn)：

1、它以電子管作為核心組成元件，所以又被稱為電子管計(jì)算機(jī)。

2、它是個(gè)龐然大物，用了18000個(gè)電子管，占地150平方米，足有兩間房子大，重達(dá)30噸，耗電功率約150千瓦，每秒鐘可進(jìn)行5000次運(yùn)算。

3、由于它使用的電子管體積很大，耗電量大，易發(fā)熱，因而工作的時(shí)間不能太長(zhǎng)。

4、使用機(jī)器語(yǔ)言，沒(méi)有系統(tǒng)軟件。

5、采用磁鼓、小磁芯作為儲(chǔ)存器，存儲(chǔ)空間有限。

6、輸入/輸出設(shè)備簡(jiǎn)單，采用穿孔紙帶或卡片。

7、主要用于科學(xué)計(jì)算，當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)防部用它來(lái)進(jìn)行彈道計(jì)算。

第二代計(jì)算機(jī)：晶體管時(shí)代 (1958-1964年)

晶體管

第二代計(jì)算機(jī)采用的主要元件是晶體管，稱為晶體管計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)軟件有了較大發(fā)展，程序語(yǔ)言也出現(xiàn)了Fortran，Cobol計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，采用了監(jiān)控程序，這是操作系統(tǒng)的雛形。

主要特點(diǎn)：

1、體積小，可靠性增強(qiáng)，壽命延長(zhǎng)。

2、運(yùn)算速度快。

3、提高了操縱系統(tǒng)適應(yīng)性。

4、容量提高。

5、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大。

第三代計(jì)算機(jī)：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) (1965-1969年)

小規(guī)模集成電路

IC（IC芯片(Integrated Circuit Chip)集成電路芯片是將大量的微電子元器件（晶體管、電阻、電容等）形成的集成電路放在一塊塑基上，做成一塊芯片。而這些IC的針腳可以提供，信息的輸入，芯片中進(jìn)行運(yùn)算。輸出針腳負(fù)責(zé)輸出。

集成電路可在幾平方毫米的單晶硅片上集成十幾個(gè)甚至上百個(gè)電子元件51漫畫。計(jì)算機(jī)開始采用中小規(guī)模的集成電路元件，這一代比上一代更小，耗電更少，功能更強(qiáng)，壽命更長(zhǎng)，領(lǐng)域擴(kuò)大，性能比上一代有很大提高。

主要特點(diǎn)：

1、體積更小，壽命更長(zhǎng)。

2、運(yùn)行計(jì)算速度更快。

3、外圍設(shè)備考試出現(xiàn)多樣化。

4、有類似操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)一步發(fā)展。

5、應(yīng)用范圍擴(kuò)大到企業(yè)管理和輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。

第四代計(jì)算機(jī) 大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) (1971年至今)

超大規(guī)模集成電路

這時(shí)期的計(jì)算機(jī)的體積、重量、功耗進(jìn)一步減少，運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、可靠性都有很大提高。

主要特點(diǎn)：

1、采用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路邏輯元件，體積與第三代相比進(jìn)一步縮小，可靠性更高，壽命更長(zhǎng)。

2、運(yùn)算速度加快，每秒可達(dá)集千萬(wàn)次到幾十億次。

3、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件獲得了巨大的發(fā)展，軟件配置豐富，程序設(shè)計(jì)部分自動(dòng)化。

4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、分布式處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)大量進(jìn)入家庭，產(chǎn)品更新速度加快。

5、計(jì)算機(jī)在辦公自動(dòng)化、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖像處理、語(yǔ)言設(shè)別和專家系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，電子商務(wù)已開始進(jìn)入家庭，出現(xiàn)個(gè)人電腦(PC)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入到了一個(gè)新的歷史時(shí)期。

下一代計(jì)算機(jī)可能是超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)等，體積更小，運(yùn)算速度更快，更加智能化，耗電量更小。

2019年10月23日Google公司，發(fā)布新聞，他們研究的量子計(jì)算機(jī)“無(wú)花果”英文叫sycamore，用200秒的時(shí)間完成了一個(gè)非常復(fù)雜的計(jì)算，這個(gè)計(jì)算如果放到超級(jí)計(jì)算機(jī)上，需要一萬(wàn)年才能計(jì)算完成。

Google的量子計(jì)算機(jī)多大呢？大概廚房5-6平米的樣子吧。

目前超級(jí)計(jì)算機(jī)最快的是美國(guó)IBM公司的summit 高峰，擁有2,414,592（兩百肆拾壹萬(wàn)肆仟伍佰玖拾貳）個(gè)計(jì)算機(jī)核心。

Summit大概多大呢？522平方米。大概兩個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)那么大。

量子計(jì)算機(jī)能夠干什么呢？

1、預(yù)測(cè)天氣預(yù)報(bào)，之所以我們現(xiàn)在的天氣預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確，是因?yàn)槲覀儫o(wú)法計(jì)算出復(fù)雜的云層運(yùn)動(dòng)。如果我們的衛(wèi)星觀測(cè)夠了，計(jì)算能力也夠了。自然就可以精準(zhǔn)的計(jì)算出天氣預(yù)報(bào)。

2、密碼破譯，如果量子計(jì)算能力非常強(qiáng)大，破解一個(gè)密碼就是分分鐘的事情。

3、虛擬貨幣，虛擬貨幣比如比特幣，之所以強(qiáng)大，第一是不可逆性。第二是密碼破解的難度。如果量子計(jì)算機(jī)破解密碼很容易，那么虛擬貨幣也十分危險(xiǎn)。在量子計(jì)算機(jī)發(fā)布新聞的當(dāng)天比特幣的股價(jià)跌了很多。但是很快又上升了。為什么呢？原因是如果 比特幣的密碼很容易被 量子計(jì)算機(jī) 破解。那么銀行賬戶的密碼。政府機(jī)關(guān)的計(jì)算機(jī)密碼同樣也不安全了嘛。

4、股價(jià)和外匯市場(chǎng)。

那么說(shuō)了這么半天到底什么是量子？

量子計(jì)算機(jī)：

量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)計(jì)算單元可以同時(shí)存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)字0和1，而普通計(jì)算機(jī)最小存儲(chǔ)單位是bit，要么存儲(chǔ)1要么存儲(chǔ)0.

量子計(jì)算機(jī)如果有10個(gè)計(jì)算單元，就是2的10次方，所以量子計(jì)算機(jī)一下就能處理1024個(gè)數(shù)據(jù)。速度就比普通計(jì)算機(jī)快1000倍。

量子計(jì)算機(jī)可以存儲(chǔ)0或1，0/1中間態(tài)。

創(chuàng)造力來(lái)自于01中間態(tài)，如果只有對(duì)或者錯(cuò)！就不會(huì)有創(chuàng)造力。所有的創(chuàng)造力都來(lái)自一個(gè)不確定性

量子計(jì)算機(jī)為了保證糾纏態(tài)，必須運(yùn)行在絕對(duì)零度的環(huán)境。

普通計(jì)算機(jī)：

普通計(jì)算機(jī)一個(gè)計(jì)算單元只能存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)，0或1

普通計(jì)算機(jī)如果有10個(gè)計(jì)算單元，就是一個(gè)10位的2進(jìn)制數(shù)據(jù)。

普通計(jì)算機(jī)每個(gè)計(jì)算單元只能存儲(chǔ)0或者1，量子計(jì)算機(jī)比普通計(jì)算機(jī)高了一個(gè)維度。

之所以普通計(jì)算機(jī)無(wú)法模擬人腦，就是因?yàn)橛?jì)算機(jī)只知道0/1對(duì)錯(cuò)等。

從01中間態(tài)來(lái)說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生真正的智慧、可能會(huì)做夢(mèng)。

資料補(bǔ)充：

什么是量子：量子是微觀世界的概念。

物質(zhì)：是由分子和原子組成的，分子的破裂和原子的重新組合是化學(xué)變化的的基礎(chǔ)。

分子由原子組成，原子 由 原子核和核外電子組成。原子核由質(zhì)子和中子組成。中子不帶電，質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)電。

中子和質(zhì)子由夸克組成。分子、原子、原子核、中子、質(zhì)子、電子屬于微觀粒子，通稱為量子。

摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）在1965年提出來(lái)的。

其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個(gè)月翻一倍以上。

這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。盡管這種趨勢(shì)已經(jīng)持續(xù)了超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，摩爾定律仍應(yīng)該被認(rèn)為是觀測(cè)或推測(cè)準(zhǔn)則，而不是一個(gè)物理或自然法則。

包括計(jì)算機(jī)硬件+計(jì)算機(jī)軟件共同來(lái)完成的。

計(jì)算機(jī)硬件：看得見(jiàn)摸得著的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，如顯示器、鍵盤。

計(jì)算機(jī)軟件：計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的程序，本身看不見(jiàn)，用來(lái)解決如何管理和使用操作系統(tǒng)或程序，如QQ、殺毒軟件等。

第一：手工操作

手工操作編輯

1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生--20世紀(jì)50年代中期，還未出現(xiàn)操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)工作采用手工操作方式。

手工操作

程序員將對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù)的已穿孔的紙帶（或卡片）裝入輸入機(jī)，然后啟動(dòng)輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，接著通過(guò)控制臺(tái)開關(guān)啟動(dòng)程序針對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)行；計(jì)算完畢，打印機(jī)輸出計(jì)算結(jié)果；用戶取走結(jié)果并卸下紙帶（或卡片）后，才讓下一個(gè)用戶上機(jī)51漫畫。

手工操作方式兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）用戶獨(dú)占全機(jī)。不會(huì)出現(xiàn)因資源已被其他用戶占用而等待的現(xiàn)象，但資源的利用率低。

（2）CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。

à 20世紀(jì)50年代后期，出現(xiàn)人機(jī)矛盾：手工操作的慢速度和計(jì)算機(jī)的高速度之間形成了尖銳矛盾，手工操作方式已嚴(yán)重?fù)p害了系統(tǒng)資源的利用率（使資源利用率降為百分之幾，甚至更低），不能容忍。唯一的解決辦法：只有擺脫人的手工操作，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動(dòng)過(guò)渡。這樣就出現(xiàn)了成批處理。

第二：批處理操作

批處理系統(tǒng)編輯

批處理系統(tǒng)：加載在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件，在它的控制下，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)地、成批地處理一個(gè)或多個(gè)用戶的作業(yè)（這作業(yè)包括程序、數(shù)據(jù)和命令）。

聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)

首先出現(xiàn)的是聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)，即作業(yè)的輸入/輸出由CPU來(lái)處理。

主機(jī)與輸入機(jī)之間增加一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備——磁帶，在運(yùn)行于主機(jī)上的監(jiān)督程序的自動(dòng)控制下，計(jì)算機(jī)可自動(dòng)完成：

成批地把輸入機(jī)上的用戶作業(yè)讀入磁帶，依次把磁帶上的用戶作業(yè)讀入主機(jī)內(nèi)存并執(zhí)行并把計(jì)算結(jié)果向輸出機(jī)輸出。

完成了上一批作業(yè)后，監(jiān)督程序又從輸入機(jī)上輸入另一批作業(yè)，保存在磁帶上，并按上述步驟重復(fù)處理。

監(jiān)督程序不停地處理各個(gè)作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了作業(yè)到作業(yè)的自動(dòng)轉(zhuǎn)接，減少了作業(yè)建立時(shí)間和手工操作時(shí)間，有效克服了人機(jī)矛盾，提高了計(jì)算機(jī)的利用率。

但是，在作業(yè)輸入和結(jié)果輸出時(shí)，主機(jī)的高速CPU仍處于空閑狀態(tài)，等待慢速的輸入/輸出設(shè)備完成工作： 主機(jī)處于“忙等”狀態(tài)。出現(xiàn)矛盾 高速主機(jī)與慢速外設(shè)的矛盾。

脫機(jī)批處理系統(tǒng)

為克服與緩解：高速主機(jī)與慢速外設(shè)的矛盾，提高CPU的利用率，又引入了脫機(jī)批處理系統(tǒng)，即輸入/輸出脫離主機(jī)控制。

這種方式的顯著特征是：增加一臺(tái)不與主機(jī)直接相連而專門用于與輸入/輸出設(shè)備打交道的衛(wèi)星機(jī)。

其功能是：

（1）從輸入機(jī)上讀取用戶作業(yè)并放到輸入磁帶上。

（2）從輸出磁帶上讀取執(zhí)行結(jié)果并傳給輸出機(jī)。

這樣，主機(jī)不直接與慢速的輸入/輸出設(shè)備打交道，而是與速度相對(duì)較快的磁帶機(jī)發(fā)生關(guān)系，有效緩解了主機(jī)與設(shè)備的矛盾。 主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可并行工作，二者分工明確，可以充分發(fā)揮主機(jī)的高速計(jì)算能力。

脫機(jī)批處理系統(tǒng):20世紀(jì)60年代應(yīng)用十分廣泛，它極大緩解了人機(jī)矛盾及主機(jī)與外設(shè)的矛盾。

IBM-7090/7094：配備的監(jiān)督程序就是脫機(jī)批處理系統(tǒng)，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的原型。

不足：每次操作 ，主機(jī)內(nèi)存中僅存放一道作業(yè)，每當(dāng)它運(yùn)行期間發(fā)出輸入/輸出（I/O）請(qǐng)求后，高速的CPU便處于等待低速的I/O完成狀態(tài)，致使CPU空閑。換句話說(shuō)，CPU的利用率太低了。

為改善CPU的利用率，又引入了多道程序系統(tǒng)。

第三：多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)

多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)

所謂多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，就是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)存并運(yùn)行。即同時(shí)把多個(gè)程序放入內(nèi)存，并允許它們交替在CPU中運(yùn)行，它們共享系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源。當(dāng)一道程序因I/O請(qǐng)求而暫停運(yùn)行時(shí)，CPU便立即轉(zhuǎn)去運(yùn)行另一道程序。

單道程序的運(yùn)行過(guò)程：

在A程序計(jì)算時(shí)，I/O空閑， A程序I/O操作時(shí)，CPU空閑（B程序也是同樣）；必須A工作完成后，B才能進(jìn)入內(nèi)存中開始工作，兩者是串行的，全部完成共需時(shí)間=T1+T2。

à

多道程序的運(yùn)行過(guò)程：

將A、B兩道程序同時(shí)存放在內(nèi)存中，它們?cè)谙到y(tǒng)的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上運(yùn)行：當(dāng)A程序因請(qǐng)求I/O操作而放棄CPU時(shí)，B程序就可占用CPU運(yùn)行，這樣 CPU不再空閑，而正進(jìn)行A I/O操作的I/O設(shè)備也不空閑，顯然，CPU和I/O設(shè)備都處于“忙”狀態(tài)，大大提高了資源的利用率，從而也提高了系統(tǒng)的效率，A、B全部完成所需時(shí)間<<T1+T2。

多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)不僅使CPU得到充分利用，同時(shí)改善I/O設(shè)備和內(nèi)存的利用率，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量（單位時(shí)間內(nèi)處理作業(yè)（程序）的個(gè)數(shù)），最終提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。

單處理機(jī)系統(tǒng)中多道程序運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)：

（1）多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序；（既可以打開QQ又可以打開瀏覽器操作，還可以看電影）

（2）宏觀上并行：同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過(guò)程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢；

（3）微觀上串行：實(shí)際上，各道程序輪流地用CPU，并交替運(yùn)行。

多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著操作系統(tǒng)漸趨成熟的階段，先后出現(xiàn)了作業(yè)調(diào)度管理、處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、外部設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等功能。

多道批處理系統(tǒng)

20世紀(jì)60年代中期，在前述的批處理系統(tǒng)中，引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后形成多道批處理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：批處理系統(tǒng)）。

它有兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）多道：系統(tǒng)內(nèi)可同時(shí)容納多個(gè)作業(yè)。這些作業(yè)放在外存中，組成一個(gè)后備隊(duì)列，系統(tǒng)按一定的調(diào)度原則每次從后備作業(yè)隊(duì)列中選取一個(gè)或多個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，運(yùn)行作業(yè)結(jié)束、退出運(yùn)行和后備作業(yè)進(jìn)入運(yùn)行均由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，從而在系統(tǒng)中形成一個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)接的、連續(xù)的作業(yè)流。

（2）成批：在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，不允許用戶與其作業(yè)發(fā)生交互作用，即：作業(yè)一旦進(jìn)入系統(tǒng)，用戶就不能直接干預(yù)其作業(yè)的運(yùn)行。

批處理系統(tǒng)的追求目標(biāo)：提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，以及作業(yè)流程的自動(dòng)化。

批處理系統(tǒng)的一個(gè)重要缺點(diǎn)：不提供人機(jī)交互能力，給用戶使用計(jì)算機(jī)帶來(lái)不便。

雖然用戶獨(dú)占全機(jī)資源，并且直接控制程序的運(yùn)行，可以隨時(shí)了解程序運(yùn)行情況。但這種工作方式因獨(dú)占全機(jī)造成資源效率極低。à

一種新的追求目標(biāo)：既能保證計(jì)算機(jī)效率，又能方便用戶使用計(jì)算機(jī)。 20世紀(jì)60年代中期，計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展使這種追求成為可能。à

第四：分時(shí)系統(tǒng)編輯

CPU速度不斷提高，由于計(jì)算機(jī)造價(jià)很高，而在學(xué)校學(xué)習(xí)的時(shí)候，不能夠讓所有學(xué)生，都同時(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的操作。這個(gè)時(shí)候大學(xué)的教授就創(chuàng)造了分時(shí)系統(tǒng)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)連接多個(gè)用戶終端，而每個(gè)用戶可在自己的終端上聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)，好象自己獨(dú)占機(jī)器一樣。

分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流把處理機(jī)，分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用。

若某個(gè)作業(yè)在分配給它的時(shí)間片內(nèi)不能完成其計(jì)算，則該作業(yè)暫時(shí)中斷，把處理機(jī)讓給另一作業(yè)使用，等待下一輪時(shí)再繼續(xù)其運(yùn)行。

由于計(jì)算機(jī)速度很快，作業(yè)運(yùn)行輪轉(zhuǎn)得很快，給每個(gè)用戶的印象是，好象他獨(dú)占了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

而每個(gè)用戶可以通過(guò)自己的終端向系統(tǒng)發(fā)出各種操作控制命令，在充分的人機(jī)交互情況下，完成作業(yè)的運(yùn)行。

具有上述特征的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為分時(shí)系統(tǒng)，它允許多個(gè)用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)。

特點(diǎn)：

（1）多路性。若干個(gè)用戶同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。微觀上看是各用戶輪流使用計(jì)算機(jī)；宏觀上看是各用戶并行工作。

（2）交互性。用戶可根據(jù)系統(tǒng)對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)結(jié)果，進(jìn)一步向系統(tǒng)提出新的請(qǐng)求。這種能使用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的工作方式，明顯地有別于批處理系統(tǒng)，因而，分時(shí)系統(tǒng)又被稱為交互式系統(tǒng)。

（3）獨(dú)立性。用戶之間可以相互獨(dú)立操作，互不干擾。系統(tǒng)保證各用戶程序運(yùn)行的完整性，不會(huì)發(fā)生相互混淆或破壞現(xiàn)象。

（4）及時(shí)性。系統(tǒng)可對(duì)用戶的輸入及時(shí)作出響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)之一是響應(yīng)時(shí)間，它是指：從終端發(fā)出命令到系統(tǒng)予以應(yīng)答所需的時(shí)間。

分時(shí)系統(tǒng)的主要目標(biāo)：對(duì)用戶響應(yīng)的及時(shí)性，即不至于用戶等待每一個(gè)命令的處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

分時(shí)系統(tǒng)可以同時(shí)接納數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)用戶，由于內(nèi)存空間有限，往往采用對(duì)換（又稱交換）方式的存儲(chǔ)方法。即將未“輪到”的作業(yè)放入磁盤，一旦“輪到”，再將其調(diào)入內(nèi)存；而時(shí)間片用完后，又將作業(yè)存回磁盤（俗稱“滾進(jìn)”、“滾出“法），使同一存儲(chǔ)區(qū)域輪流為多個(gè)用戶服務(wù)。

多用戶分時(shí)系統(tǒng)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中最普遍使用的一類操作系統(tǒng)。

第五：實(shí)時(shí)系統(tǒng)編輯

實(shí)時(shí)系統(tǒng)編輯

雖然多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)能獲得較令人滿意的資源利用率和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，但卻不能滿足實(shí)時(shí)控制與實(shí)時(shí)信息處理兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的需求。于是就產(chǎn)生了實(shí)時(shí)系統(tǒng)，即系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件，并在嚴(yán)格的時(shí)間范圍內(nèi)完成對(duì)該事件的處理。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)在一個(gè)特定的應(yīng)用中常作為一種控制設(shè)備來(lái)使用。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分成兩類：

（1）實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。當(dāng)用于飛機(jī)飛行、導(dǎo)彈發(fā)射等的自動(dòng)控制時(shí)，要求計(jì)算機(jī)能盡快處理測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)，及時(shí)地對(duì)飛機(jī)或?qū)椷M(jìn)行控制，或?qū)⒂嘘P(guān)信息通過(guò)顯示終端提供給決策人員。當(dāng)用于軋鋼、石化等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制時(shí)，也要求計(jì)算機(jī)能及時(shí)處理由各類傳感器送來(lái)的數(shù)據(jù)，然后控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)器。

（2）實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。當(dāng)用于預(yù)定飛機(jī)票、查詢有關(guān)航班、航線、票價(jià)等事宜時(shí)，或當(dāng)用于銀行系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)時(shí)，都要求計(jì)算機(jī)能對(duì)終端設(shè)備發(fā)來(lái)的服務(wù)請(qǐng)求及時(shí)予以正確的回答。此類對(duì)響應(yīng)及時(shí)性的要求稍弱于第一類。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

（1）及時(shí)響應(yīng)。每一個(gè)信息接收、分析處理和發(fā)送的過(guò)程必須在嚴(yán)格的時(shí)間限制內(nèi)完成。

（2）高可靠性。需采取冗余措施，雙機(jī)系統(tǒng)前后臺(tái)工作，也包括必要的保密措施等。

第六：通用操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的三種基本類型：多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

通用操作系統(tǒng)：具有多種類型操作特征的操作系統(tǒng)?？梢酝瑫r(shí)兼有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理的功能，或其中兩種以上的功能。

例如：實(shí)時(shí)處理+批處理=實(shí)時(shí)批處理系統(tǒng)。首先保證優(yōu)先處理實(shí)時(shí)任務(wù)，插空進(jìn)行批處理作業(yè)。常把實(shí)時(shí)任務(wù)稱為前臺(tái)作業(yè)，批作業(yè)稱為后臺(tái)作業(yè)。

再如：分時(shí)處理+批處理=分時(shí)批處理系統(tǒng)。即：時(shí)間要求不強(qiáng)的作業(yè)放入“后臺(tái)”（批處理）處理，需頻繁交互的作業(yè)在“前臺(tái)”（分時(shí)）處理，處理機(jī)優(yōu)先運(yùn)行“前臺(tái)”作業(yè)。

從上世紀(jì)60年代中期，國(guó)際上開始研制一些大型的通用操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)試圖達(dá)到功能齊全、可適應(yīng)各種應(yīng)用范圍和操作方式變化多端的環(huán)境的目標(biāo)。但是，這些系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜和龐大，不僅付出了巨大的代價(jià)，且在解決其可靠性、可維護(hù)性和可理解性方面都遇到很大的困難。

相比之下，UNIX操作系統(tǒng)卻是一個(gè)例外。這是一個(gè)通用的多用戶分時(shí)交互型的操作系統(tǒng)。它首先建立的是一個(gè)精干的核心，而其功能卻足以與許多大型的操作系統(tǒng)相媲美，在核心層以外，可以支持龐大的軟件系統(tǒng)。它很快得到應(yīng)用和推廣，并不斷完善，對(duì)現(xiàn)代操作系統(tǒng)有著重大的影響。

超級(jí)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)。

超級(jí)計(jì)算機(jī)：能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無(wú)法處理的大量資料與高速運(yùn)算的電腦。

網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)：包括服務(wù)器、工作站、集線器、交換機(jī)和路由器等。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具總稱。

個(gè)人計(jì)算機(jī)：滿足個(gè)人家庭、生活?yuàn)蕵?lè)的計(jì)算機(jī)

嵌入式計(jì)算機(jī)：是指針對(duì)某個(gè)特定的應(yīng)用，嵌入至芯片中的計(jì)算系統(tǒng)。

今天我與大家一起分享了，馮諾依曼架構(gòu)、計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展階段、什么叫摩爾定律以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的分類。

下期我們一起來(lái)認(rèn)識(shí)和了解下計(jì)算機(jī)硬件的功能和作用。