1.1 计算机的诞生、发展及基本结构

世界上第一台数字电子计算机ENIAC是1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学诞生的，虽然这台计算机体积庞大，占地面积170平方米，重达30吨，与现代计算机相比，性能还非常低，每秒只能执行5000次加法运算，但它的问世却标志着计算机时代的到来，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。

随着电子技术的迅猛发展，电子计算机也不断更新换代，迄今为止，已经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机和目前正在盛行的高性能智能计算机这样五代，目前计算机正在向超高性能和超小体积两个方向发展。

尽管工艺和技术都发生了天翻地覆的变化，但是自从1945年由冯·诺依曼（John Von Neumann）提出“存储程序”工作原理以来，迄今为止，不论是巨型机、大型机、中型机、小型机还是微型机都遵循这个原理，存储程序计算机的工作原理可以归纳为3点：①计算机是通过执行程序来完成指定的任务的；②程序在执行之前存放在计算机的存储部件中；③程序不需要人工干预而自动执行。依据这个原理构建的计算机的基本组成如图1-1所示。由图可知，由输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器等五大部件组成计算机的硬件系统。

图1-1 计算机的基本组成结构

输入设备的作用是把程序和原始数据转换成计算机能够直接识别与接收的代码，并存入计算机。例如，键盘就是一种输入设备。

存储器用来存放计算机中的所有信息，包括程序、原始数据、运算的中间结果及最终结果等。由于计算机只能直接识别和接收二进制代码，故无论是指令还是数据都是以二进制代码存放在计算机中的。

运算器用来完成算术运算和逻辑运算。

控制器是解释输入计算机中的命令并发出相应控制信号的机构，它是全机的指挥中枢。在控制器的控制下执行命令及原始数据的输入、机器内部的信息处理、处理的结果输出、外部设备与主机的信息交换，以及对异常情况和特殊请求的处理等操作。

输出设备的作用是把计算机处理的中间结果和最终结果，以人们可以识别的字符、汉字、图形及图像等形式记录下来或显示出来，供用户分析、判断和永久保存。

图1-1只是一个非常概念化的框图，具体到某些不同种类的计算机，图中方框内的具体组成可能会大相径庭，如早期的计算机其控制器体积可能会大到需要一个或多个机柜来安放，而在微型计算机系统中，通常把运算器和控制器集成在一个芯片上，合称为中央处理器，简称CPU（Central Processing Unit）。