计算机的基本结构

世界上第一台电子数字式计算机ENIAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）（如图1所示）于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，奠定了电子计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元。

1946年6月，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了重大的改进理论，主要有两点：其一是电子计算机应该以二进制为运算基础，其二是电子计算机应采用“存储程序”方式工作。冯·诺依曼体制的主要思想（如图2所示）包括：
（1）采用二进制代码形式表示信息（数据、指令）；
（2）采用存储程序工作方式（冯·诺依曼思想最核心的概念）；
（3）计算机硬件系统由五大部件（运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备）组成。

这些思想奠定了现代计算机的基本结构，并且开创了程序设计的新时代。冯·诺依曼对计算机界的最大贡献在于“存储程序控制”概念的提出和实现，主要包含以下三个方面的思想。
（1）根据任务编制程序
计算机对任务的处理，首先必须设计相应的算法，而算法是通过程序来实现的，程序就是一条条的指令，告诉计算机按照一定的步骤不断地去执行。程序中还应提供需要处理的数据，或者规定计算机在什么时候、什么情况下从输入设备取得数据，或向输出设备输出数据。
（2）将编制好的程序存储在计算机内部
计算机只能识别二进制文件，也就是一串0和1的组合。我们编写的程序，不管使用哪种语言，如汇编语言、C、JAVA等，最终都要编译成二进制代码，也就是机器语言，计算机才能够读懂和识别，才能按照一条条指令去执行gdzrlj.com。因此，编写好的程序最终将变为指令序列和原始数据，保存在存储器中，提供给计算机执行。
（3）计算机能够自动、连续地执行程序，并得到需要的结果
存储器就是一个个小房间，并且按照一定的地址进行编号，需要执行的指令和数据都以二进制代码的形式存放在存储器中。计算机开始执行程序，设置一个程序计数器PC（Program Counter）指向需要执行的指令或者代码处，每执行一个字节的指令，PC计数器自动加1，如果程序需要转移，PC指向转移地址处，按照转移地址读取后续指令。计算机就是这样能够自动地、连续不断地从存储器中逐条读取指令，并且完成相应操作，直到整个程序执行完毕。
冯·诺依曼的这些理论的提出，解决了计算机运算自动化的问题和速度配合问题，对后来计算机的发展起到了决定性的作用。直至今天，绝大部分的计算机还是采用冯·诺依曼方式工作。