1.1 計算機的誕生、發展及基本結構

世界上第一臺數字電子計算機ENIAC是1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學誕生的，雖然這臺計算機體積龐大，占地面積170平方米，重達30噸，與現代計算機相比，性能還非常低，每秒只能執行5000次加法運算，但它的問世卻標志著計算機時代的到來，對人類的生產和生活方式產生了巨大的影響。

隨著電子技術的迅猛發展，電子計算機也不斷更新換代，迄今為止，已經歷了電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機、超大規模集成電路計算機和目前正在盛行的高性能智能計算機這樣五代，目前計算機正在向超高性能和超小體積兩個方向發展。

盡管工藝和技術都發生了天翻地覆的變化，但是自從1945年由馮·諾依曼（John Von Neumann）提出“存儲程序”工作原理以來，迄今為止，不論是巨型機、大型機、中型機、小型機還是微型機都遵循這個原理，存儲程序計算機的工作原理可以歸納為3點：①計算機是通過執行程序來完成指定的任務的；②程序在執行之前存放在計算機的存儲部件中；③程序不需要人工干預而自動執行。依據這個原理構建的計算機的基本組成如圖1-1所示。由圖可知，由輸入設備、輸出設備、運算器、控制器和存儲器等五大部件組成計算機的硬件系統。

圖1-1 計算機的基本組成結構

輸入設備的作用是把程序和原始數據轉換成計算機能夠直接識別與接收的代碼，并存入計算機。例如，鍵盤就是一種輸入設備。

存儲器用來存放計算機中的所有信息，包括程序、原始數據、運算的中間結果及最終結果等。由于計算機只能直接識別和接收二進制代碼，故無論是指令還是數據都是以二進制代碼存放在計算機中的。

運算器用來完成算術運算和邏輯運算。

控制器是解釋輸入計算機中的命令并發出相應控制信號的機構，它是全機的指揮中樞。在控制器的控制下執行命令及原始數據的輸入、機器內部的信息處理、處理的結果輸出、外部設備與主機的信息交換，以及對異常情況和特殊請求的處理等操作。

輸出設備的作用是把計算機處理的中間結果和最終結果，以人們可以識別的字符、漢字、圖形及圖像等形式記錄下來或顯示出來，供用戶分析、判斷和永久保存。

圖1-1只是一個非常概念化的框圖，具體到某些不同種類的計算機，圖中方框內的具體組成可能會大相徑庭，如早期的計算機其控制器體積可能會大到需要一個或多個機柜來安放，而在微型計算機系統中，通常把運算器和控制器集成在一個芯片上，合稱為中央處理器，簡稱CPU（Central Processing Unit）。