十一级信息学实践 (CBSE) / 计算机系统组织
注意：基于计算机历史书籍
从远古时代开始，人类就一直在寻找新的方法来解决问题，提高生产力，更快地处理数字，以及拥有更好的信息存储方式。可能早期人类使用石头来计算物品，这导致了算盘，然后是计算尺，再后来是计算器。这些机器使人类能够比在脑海中思考更快、更有效地完成这些任务。
自计算机历史的早期以来，就有一些创新推动了技术的进步。第一批计算机是机械式的，有时容易出错。它们是计算机器。1642 年，为了帮助他的父亲（一名税务员），布莱斯·帕斯卡尔制造了一台数字轮式加法器。手工加数字是一个沉重的负担，帕斯卡尔看到了减轻这种负担的机会。
1673 年，德国数学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨制造了一台可以进行加减乘除运算的计算器。它提供了比帕斯卡尔机器更多的功能，并允许用户解决更多问题。然而，帕斯卡尔和莱布尼茨的机器都不完全可靠，存在缺陷。
1805 年，法国织工约瑟夫·玛丽·雅卡尔设计了一种穿孔卡片织机。穿孔卡片按一定顺序排列，为织机提供控制指令。这使得机器在织造线时能够控制织物的图案。通过更换不同的卡片，可以改变图案。这后来导致了在这些卡片上存储计算机指令。
另一位法国人查尔斯·泽维尔·托马斯致力于开发一台新的机械计算机。他称其为四功能机器，它比帕斯卡尔或莱布尼茨的机器更加可靠。这是在 1820 年，随着技术的进步，托马斯从帕斯卡尔和莱布尼茨的作品和缺陷中吸取了教训。
查尔斯·巴贝奇和艾达·洛夫莱斯自 1842 年以来做出了贡献。差分机（后来成为分析机的模板）是一台自动对数计算器和打印机。它具有存储单元、自动打印、顺序程序控制和穿孔卡片输入。穿孔卡片的想法借鉴了雅卡尔的织机。
巴贝奇与英国政府合作开发计算机已有 20 年，政府威胁要撤回资金，因为它没有看到任何投资回报。该项目需要新的帮助，于是艾达·洛夫莱斯（拜伦勋爵和安娜贝拉·米尔班克夫人的女儿）加入了进来。洛夫莱斯纠正了巴贝奇在指令中的一些错误，成为了世界上第一个调试员。这是女性在计算机史上的一个里程碑。洛夫莱斯建议使用二进制数字系统，为未来计算机使用该系统设定了标准。
遗憾的是，差分机无法正常运行。当时制造合适的齿轮和轴的技术还不足以保证精度。然而，它为未来的计算机铺平了道路。后来，IBM 公司能够使用更加现代化的零件建造一个可工作的差分机模型。
第一个版本的编程语言来自艾达·洛夫莱斯（查尔斯·巴贝奇的恩人兼商业伙伴）的工作。不幸的是，她的工作在很大程度上被忽略了，因为巴贝奇从未制造出完整的分析机，因此没有公开部署。她以仍在军事级项目中使用的编程语言Ada而闻名。
早期使用模拟和机电计算机的工作没有涉及我们所知道的编程语言。由于早期计算机需要针对每个问题集进行直接接线，插拔的过程取代了对算法进行基于文本的抽象。
随着机电机械让位于水银延迟线和鼓式存储器，可以直接写入内存地址并提供指令，而无需重新接线。这通常意味着写入我们现在称为“机器码”的东西。今天这通常被称为“十六进制”，因为现代 32 位和 64 位微处理器系统以每个时钟周期 8 或 16 个十六进制块的形式读取二进制数据。
在机器级别编写代码非常困难：它要求程序员知道硬件中寄存器的具体位置和处理器的指令集。阅读机器代码通常比编写代码更困难，因此人类几乎不可能跟踪代码更改。
对机器代码级编程的第一个升级是汇编语言。它提供了一种使用字符串操作符和指令名称来编写机器代码的方法，而不是原始的二进制版本。它仍然可能难以阅读，并且仍然需要知道哪些指令和寄存器位置存在，但它可以在纸上或屏幕上阅读，并按循环将汇编成机器代码。
汇编编程并没有消失。大多数计算机外设的设备驱动程序是用 C 代码编写的，但一些实时故障最好通过手动优化 C 编译器生成的中间汇编输出来解决。这种情况越来越少。
FORTRAN代表FORmula TRANslation。这门语言是在 20 世纪 50 年代中期由 IBM 为 IBM 704 系列计算机发明的。
BASIC 代表 Beginners All Purpose Symbolic Instruction Code
在计算机编程中，BASIC（Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code 的缩写[1]）是指一类高级编程语言。它最初是由约翰·乔治·凯梅尼和托马斯·尤金·库尔茨于 1963 年在达特茅斯学院设计的，目的是让非科学领域的大学生也能使用计算机。当时所有计算机的使用都需要编写定制软件，而这往往是科学家和数学家才会做的事情。它在 20 世纪 80 年代的家用微型计算机上变得十分流行，并且在一些经过高度演变的方言中至今仍然流行。
COBOL 是一个缩写，代表 **COmmon Business Oriented Language**，它是一种高级编程语言，开发于 20 世纪 60 年代，至今仍在商业应用中使用。它在金融服务行业中被广泛用于基于大型机的大规模应用程序。它使用类似英语语句的指令，并为程序施加一个总体框架。COBOL 的设计目标是一种可以自我记录的语言，以便可以轻松地进行修订和维护。
**编程语言 1** 是一种为科学、工程和商业应用设计的高级编程语言。它是功能最丰富的编程语言之一，也是最早的功能丰富的编程语言之一。自从 20 世纪 60 年代初推出以来，它就被各种学术、商业和工业用户使用，并且至今仍在积极使用。它支持递归和结构化编程。语言语法类似英语，适合描述复杂的数据格式，并提供大量可用于验证和操作这些格式的函数。
- MARK IV - 从现有文件中提取源级别指定数据的语言
- NATURAL - 一种从 ADABAS 文件中提取数据的语言
- IBM RPG - 一种“报表生成器”语言，它也可以生成其他类型的应用程序
- IBM BOS
- IBM TOS
- IBM DOS
- IBM MFT
- IBM MVT
- IBM MVS
- IBM VM
- ICL GEORGE
- QDOS
- CP/M
- MS-DOS
当 PC 推出时，它需要一个操作系统。IBM 联系了一家名为 Digital Research 的公司，该公司由加里·基尔达尔拥有。IBM 希望使用 Digital Research 的 CP/M，这是一种在早期系统中流行的操作系统。（事实上，它是第一个不特定于硬件的操作系统。）然而，IBM 不愿意支付版税，而是希望一次性购买，包括改名。Digital Research 拒绝了，IBM 退出了。然后他们联系了微软和比尔·盖茨，他们购买了一个现有的操作系统（西雅图计算机公司的 86-DOS），并将其改名为 MS-DOS。这个名称后来被用在非 IBM 型号上；微软同意了 IBM 希望使用自己名称的愿望，并且该操作系统在 PC 上以 PC-DOS 的名义出售。
86-DOS 是以 CP/M 为模型的，Digital Research 对其提起专利侵权诉讼。IBM 通过向计算机购买者提供选择来解决这个问题；然而，CP/M-86（PC 版本的名称）比 PC-DOS 贵了将近 200 美元，销量不佳。
MS/PC-DOS 迅速成为 PC 兼容市场的标准。Digital Research 会试图重新夺回市场，最终决定使用一个 MS-DOS 克隆，即 DR-DOS。DR DOS 是直接销售的（而 MS/PC-DOS 只能与新计算机捆绑销售），并且在 5.0 版本中获得了很大的市场份额，该版本拥有新的内存管理功能，克服了 DOS 早期的一个限制，即最大可用内存为 640 kB。
到那时，微软不仅凭借 MS-DOS 掌握了市场，还推出了 Microsoft Windows，这是一个用于 DOS 的图形外壳程序。Windows 是以 Macintosh 为基础的，苹果公司对此提起了诉讼。更复杂的是，施乐公司对苹果公司提起诉讼，声称 **施乐** 是该设计的合法所有者。最终，法院裁定，所涉设计因素不能受到版权保护，Macintosh 和 Windows 继续共存。
1995 年，Windows 被重新设计成一个独立的操作系统，即 Windows 95。到那时，DR-DOS 已经转手两次，变成了 Novell DOS 7，然后是 Caldera DR-DOS 7。IBM 也从微软分拆出来，并单独开发了 PC-DOS 6。新版本的 Windows 不与 DOS 共存，最终成为针对微软的反垄断诉讼的焦点。尽管如此，微软还是能够继续开发 Windows。
如今，市场由 IBM PC 兼容计算机主导，其中大多数运行 Microsoft Windows。同时，一个正在崛起的系统是 Linux，它是一个基于 UNIX 的开源系统（一种可以追溯到 20 世纪 70 年代末的替代 PC 兼容系统；它更加复杂，用于工业而非家庭使用）。在另一个平台上，苹果 Macintosh 也存在，运行最新的苹果操作系统 Mac OS X。
- OS2/WARP
- ADABAS
- DL/1
- FIDO - 用于 IBM DOS
- JES2 - 用于 IBM MVS
- JES3 - 用于 IBM MVS
- “工作记录系统” - 一个多用户交互式电子表格应用程序 - 于 1974 年左右在英国柴郡诺斯维奇的 ICI Mond 部门生产
真空管，也称为电子管，因为它像洗衣机阀控制水流方向一样控制电子流，最初是为了放大无线电信号而开发的。它作为逻辑门的应用虽然实用，但需要大量的电力消耗并需要稳定地更换。
真空管不是为了快速打开和关闭而设计的，因此它们会在计算机上定期烧毁，但在立体声和乐器放大器上可以使用几十年。
真空管需要大量的电力，还会产生大量的热量，因此需要大量的通风或空调。
肖克利、巴丁和布拉顿发明的结型晶体管解决了真空管的局限性，并在此过程中开始了计算机的缩小。
晶体管是一种固态逻辑门开关：它不需要加热灯丝也不需要改变物理接触来改变电子流。它的核心是一个半导体，这是一种根据基底的掺杂可以是导体或电阻的固体材料。
晶体管最初的基底是锗。转向硅，地球上最容易获得的化学物质之一，使得晶体管的制造成本降低，并最终使计算机无处不在。
有几种类型的晶体管可以组合起来形成完整的逻辑电路。
真空管被晶体管取代，1000 个晶体管被 1 个微芯片取代。因此微芯片被发现了。
MITS Altair 8800 是围绕着一款新的微处理器 Intel 8080 设计的，于 1975 年首次亮相。它在 1975 年 1 月的《大众电子学》杂志上发布的消息，导致位于阿尔伯克基的制造商在试图满足订单方面出现了四个月的积压。
Altair 被认为是第一台家用电脑。它的唯一输入是一系列前面板开关。但是，它有一个带有总线的母板，允许其他公司提供键盘、磁带读取器和其他设备来访问寄存器。
一群哈佛学生为 MITS 编写了一个 BASIC 解释器。这些学生——史蒂夫·鲍尔默、保罗·艾伦和比尔·盖茨——退学，专注于代码开发，不久之后就创建了微软。
Apple II 由苹果电脑公司生产。它使用类似 BASIC 的操作系统，并面向家庭使用进行营销。
- TRS-80
康懋达 64 在 1981 年发布时是一场革命，它将 Vic 20 的 8 种颜色扩展到了令人惊叹的 16 种颜色，并将屏幕分辨率提高到了 40 列和 25 行。一个 3 声合成器为这款令人惊叹的计算机的特性锦上添花。
在当时。康懋达 64 是市场上最受欢迎的家用电脑之一，拥有数千款游戏和商业应用程序。（*我仍然有一份 C64 的微软 Multiplan 的副本*）
它内置的 BASIC 和大量的杂志（*ZZap64*，*Commodore*），其中包含供读者输入的程序，使许多人能够学习 BASIC 甚至机器代码。
1986 年，推出了 C64C，它的变化（更浅色的外壳和不同的形状）主要是装饰性的，但仍然与所有以前的附件和软件兼容。
C64 的另一个版本是 SX-64。这是一个“便携式”版本的康懋达 64。我使用便携式这个词非常宽泛，这东西*很重*。它包含一个 5 英寸彩色阴极射线管 (CRT) 监视器和一个内置的磁盘驱动器。键盘兼作设备的盖子。
康懋达 64 在当时是必不可少的。
这台电脑提供了
- 惊人的 64K RAM
- 内置 BASIC
- 内置电视适配器
- 一个卡带扩展端口
- 3 声道音频（通过 SID 芯片）
- 2 个 D 型 9 针输入端口
- 串行端口
- 可选外部软盘驱动器（1541）
- 可选磁带驱动器（通常与计算机一起提供）
与同期的其他计算机相比，Amiga 微型计算机在图形处理、显示和操作方面更加先进。在第一台 Amiga 计算机 Amiga 1000 发布时，它是唯一能够显示 12 位色彩的机器，使用的是一种名为 HAM-12（保持并修改-12）的格式。这使得它成为几年来唯一一台能够在屏幕上同时显示 4096 种颜色的机器。该机器被 Amiga 500 取代，Amiga 500 是 Amiga 1000 的略微增强和简化版本，拥有部分相同的功能，以及一些不同的扩展端口。在 Amiga 500 之后，Amiga 2000、3000、600、4000 和 1200 机型相继发布，每一款都比上一款略有改进。目前，Amiga 公司已将新款名为 Amiga One 的机型开发交由另一家公司负责。这款新机器将支持高达 800 MHz 的速度，而 Amiga 4000 的最高速度为 60 MHz，不包括在 Amiga 4000 生命周期结束前发布的 PPC 增强功能，这些增强功能表现不佳，因为缺乏编程公司的支持。
IBM PC 是一款以英特尔 8088 微处理器（以英特尔 8086 为模型）为核心的个人计算机。它成为了标准，如今，大多数个人计算机都是 IBM 兼容的。
苹果电脑在 Apple II 之后推出了 Apple Lisa，之后又推出了 Apple Macintosh。这些计算机以其图形用户界面 (GUI) 而独树一帜，引入了图标、窗口、下拉菜单和鼠标的概念。（GUI 概念实际上是从 Xerox 那里借鉴来的，通过他们的两台计算机 Xerox Star 和 Xerox Alto）。