第一章 计算机系统概论

计算机的诞生

1943 - 1946 年，当时第二次世界大战正在进行，为了准确计算新武器弹道，美国宾夕法尼亚大学在美国陆军部的资助下开展了相关研究工作，于 1946 年 2 月，成功研制出了世界上第一台电子计算机 ENIAC（electronic numerical integrator and computer 电子数字积分计算机）。

ENIAC 计算机存在两个主要缺点：一是存储容量小，只能存 20 个字长为 10 位的十进制数；二是用线路连接的方法来编排程序，每次解题都需要依靠人工更改连接线，准备时间大大超过实际计算时间。

与此同时，冯·诺依曼与莫尔小组合作研制的 EDVAC 计算机，采用了存储程序方案，即把解题过程中的每一步用指令表示，并按执行顺序编写成程序，存放在存储器中。其后在相当长一段时间内开发的计算机与 EDVAC 计算机的方案基本保持一致，称为冯·诺依曼型计算机。

冯·诺依曼型计算机的基本特点

1. 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 5 部分组成。
2. 采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，并以二进制码表示。
3. 指令由操作码和地址码组成。，
4. 指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器（即程序计数器 PC）指明要执行的指令所在的存储单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变。
5. 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传达都通过运算器。

计算机的发展

70 多年来，随着技术的发展和新应用领域的开拓，对冯·诺依曼型计算机作了很多改革，使计算机系统结构有了很大的新发展。根据电子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为 5 个阶段：

1. 第一代：电子管计算机时代（1946 - 20 世纪 50 年代后期）。
2. 第二代：晶体管计算机时代（20 世纪 50 年代中期 - 60 年代后期）。
3. 第三代：集成电路计算机时代（20 世纪 60 年代中期 - 70 年代前期）。
4. 第四代：大规模集成电路计算机时代。
5. 第五代：超大规模集成电路（VLSI、ULSI）计算机时代。

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