1.2 计算机诞生及系统构成

1.2.1 计算机诞生

早在1936年，24岁的英国数学家图灵（1912年—1954年）发表了题为“论数字计算在决断难题中的应用”的论文，首次提出了“图灵机”的概念。图灵机的思想是用机器来模拟人们用纸和笔来完成的数学运算，它为计算机的诞生奠定了理论基础。

1946年，第一台电子计算机ENIAC在美国诞生，ENIAC计算机由18000只电子管组成，体积庞大、耗电量惊人、功能非常有限，但是，ENIAC确实起到了节省人力和节省时间的作用，它为计算机科学技术发展开辟了新纪元。

ENIAC计算机有两个致命的缺陷：一是采用十进制运算；二是没有内部存储器。十进制的缺点是电路结构复杂、可靠性低。由于没有内部存储器，控制机器运算和操作的指令和数据分散存储在电路的许多部件中。因此，每进行一次运算，就要更改一次电路，非常麻烦、费时，这为计算机的发展和应用带来了瓶颈。

针对这两方面缺陷，美国科学家冯·诺依曼提出了采用二进制运算和程序存储的思想。二进制运算降低了电路的复杂度，提高了计算机的可靠性。程序存储的思想是把控制计算机运算和操作的指令、数据存储在独立的存储器中。这样，每进行一次运算，只需更改存储器的内容，使用简单快捷。二进制和程序存储的思想为现代计算机奠定了实际基础。

计算机的核心是处理器。1971年，美国英特尔公司成功研制Intel4004，这是第一块用于通用计算机的微处理器。Intel4004具有2300个晶体管，它的功能相当有限，且工作速度慢，它的诞生在当时并没有引起人们足够的注意。然而正是这块小小的芯片，翻开了微处理器发展的新篇章，微处理器和计算机发展从此日新月异。时至今日，计算机已广泛应用于国防、航天、工业、教育等各个领域，计算机已进入千家万户，极大地造福于人类社会。

1.2.2 计算机系统结构

计算机系统内部构成一般分为冯·诺依曼结构和哈佛结构两种形式，如图1.2（a）和图1.2（b）所示。

这两种结构的主要区别是程序存储器和数据存储器在物理空间上的分布差异。冯·诺依曼结构将程序和数据集中存放在内存条DRAM芯片中，该结构常用于桌面计算机和服务器系统。哈佛结构一般将程序存放在Flash芯片中，将数据存放在DRAM或SRAM芯片中，该结构主要应用于嵌入式系统。

计算机与产品加工厂的系统结构类似。将图1.2（b）与图1.1相比较，程序存储器相当于档案馆；数据存储器相当于库房；数据总线相当于道路；控制器相当于调度控制室；运算器相当于加工设备；寄存器一方面相当于物料中转货架，另一方面保存生产状态信息。

计算机与产品加工厂相比较，最大区别是加工对象不同，前者是传输加工数据，后者是传输加工产品。在计算机中，通常将控制器、运算器、寄存器集成在同一个单元内，称之为计算机的处理器，简称为CPU（Central Processing Unit）。

图1.2 计算机系统内部构成