1.1、计算机发展

根据计算机所采用的物理器件的发展，一般把电子计算机的发展分成四个阶段。

• 电子管计算机时代
• 晶体管计算机时代
• 集成电路计算机时代
• 大规模集成电路计算机时代

世界上第一台通用计算机ENIAC于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生。发明人是美国人莫克利（JohnW.Mauchly）和艾克特（J.PresperEckert）。它是一个庞然大物，用了18000个电子管，占地170平方米，重达30吨，耗电功率约150千瓦，每秒钟可进行5000次运算，这在现在看来微不足道，但在当时却是破天荒的。 ENIAC以电子管作为元器件，所以又被称为电子管计算机，是计算机的第一代。电子管计算机由于使用的电子管体积很大，耗电量大，易发热，因而工作的时间不能太长。
ENIAC奠定了电脑的发展基础，开辟了计算机科学技术的新纪元，有人将其称为人类第三次产业革命开始的标志。
从50年代中期到60年代后期，采用的主要器件逐步由电子管改为晶体管，缩小了体积，降低了功耗，提高了速度和可靠性，降低了价格。从60年代中期到70年代前期，计算机采用集成电路作为基本器件，功耗、体积、价格进一步下降，速度和可靠性相应的提高。70年代初，半导体存储器问世，迅速取代了磁芯存储器，并不断向大容量、高速度发展，计算机正式进入大规模集成电路时代。

1.2、计算机硬件的组成

• CPU

其中，CPU包括运算器和控制器，相当于计算机的大脑，是计算机的运算核心和控制核心。

(1) 运算器是用来进行数据运算加工的。运算器的主要部件：

1. 数据缓冲器：分为输入缓冲和输出缓冲,输入缓冲暂时存放外设送过来的数据,输出缓冲暂时存放送往外设的数据.
2. ALU(算数逻辑单元)：是运算器的主要部件,能完成常见的位运算(左移,右移,与,或非等)和算术运算(加减乘除等).
3. 状态字寄存器：存放运算状态(条件码,进位,溢出,结果正负等)和运算控制信息.
4. 通用寄存器：暂时存放或传送数据或指令,保存ALU的运算中间结果.

(2) 控制器是是计算机的指挥中心，负责决定执行程序的顺序，给出执行指令时机器各部件所需要的操作控制命令，用于协调和控制计算机的运行。控制器的主要部件:

程序计数器（Program Counter）：简称PC,用来存储从内存提取的下一条指令的地址.当CPU执行一条指令时,首先需要根据PC中存放的指令地址,将指令由内存取到指令寄存器中,此过程称为"取指令".与此同时,PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址,此后经过分析指令,执行指令,完成第一条指令的执行,而后根据PC取出第二条指令的地址,如此循环,执行每一条指令,保证程序能够连续地执行下去. 
时序发生器：用于发送时序脉冲,CPU依据不同的时序脉冲有节奏地进行工作,类似于CPU的节拍器. 
指令编译器：用于翻译指令及控制传输指令包含的数据. 
指令寄存器：用于缓存从内存或高速缓存里取出的指令,CPU执行指令时,就可以从指令寄存器中取出相关指令来进行执行. 
主存地址寄存器：保存当前CPU正要访问的内存单元的地址,通过总线跟主存通信. 
主存数据寄存器：保存当前CPU正要读或写的主存数据,通过总线与主存通信. 
通用寄存器：用于暂时存放或传送数据或指令.

• 存储器

储存器可分为内储存器和外储存器两部分：内存属于内储存器，内存是CPU与硬盘之间的桥梁，只负责在CPU与硬盘之间做数据预存加速的功能。断电后即会被清除。输入设备的数据是从设备接口进去到端口缓冲器的，再经主板的输入输出总线（I/O总线）直接到CPU的，不经过内存。

外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。

• 输入输出设备

输入设备就是键盘、鼠标、麦克风、扫描仪等等，向电脑输入信息。输入设备则相反，电脑向外部输出信息，如显示器、打印、音像、写入外存等。

1.3、冯-诺伊曼计算机

提到计算机，就不得不提及在计算机的发展史上做出杰出贡献的著名应用数学家冯诺依曼(Von Neumann，是他带领专家提出了一个全新的存储程序的通用电子计算机方案。这个方案规定了新机器由5个部分组成:运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出。并描述了这5个部分的职能和相互关系。 这个方案与早期的ENIAC相比，有两个重大改进:一是采用二进制;二是提出了“存储程序”的设计思想，即用记忆数据的同一装置存储执行运算的命令，使程序的执行可以自动地从一条指令进入下一条指令。 这个概念被誉为计算机史.上的一个里程碑。计算机的存储程序和程序控制原理因此称为冯诺依曼原理，即可编程、可存储的计算机。按照上述原理设计制造的计算机称为冯诺依曼机。

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。

如果说主板（Mother Board）是一座城市，那么总线就像是城市里的公共汽车（bus），能按照固定行车路线，传输来回不停运作的比特（bit）。一条线路在同一时间内都仅能负责传输一个比特。因此，必须同时采用多条线路才能传送更多数据，而总线可同时传输的数据数就称为宽度（width），以比特为单位，总线宽度愈大，传输性能就愈佳。