计算机组成原理（一）

电子计算机（electronic computer），通称电脑，简称计算机（computer），是一种根据一系列指令来对数据进行处理的机器。

        在十九世纪三十年代，保加利亚裔的阿塔纳索夫在爱荷华州立大学物理系任副教授，给学生讲课时，不得不面对求解线性偏微分方程组这一繁杂枯燥的工作。于1935年，他开始探索使用数字电子技术进行计算工作的可能性。经过两年的研究，在阿塔纳索夫心中已经有了机器的雏形，于是他找到当时正在物理系读硕士学位的研究生克利福德·贝里，两人联手于1939年创造了完整的样机。阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff-Berry Computer，简称ABC）是法定的世界上第一台电子计算机，不可编程，仅可用于求解线性方程组。这台计算机以电能为能源，采用电子真空管作为元件进行数字、逻辑运算，采用二进制，并使用电容器作为存储器，数据输入采用打孔读卡的方式。因此，ABC的设计中已经包含了现代计算机中四个最重要的基本概念，从这个角度来说它是一台真正现代意义上的电子计算机。

        世界上第二台计算机（第一台通用计算机）是ENIAC。

                                                                                       ENIAC

        在第二次世界大战进行期间，各国的武器装备还很差，占主要地位的战略武器就是飞机和大炮，谁先开发更先进的导弹，谁就能在战争中赢得先机。为此美国陆军军械部在马里兰州的阿伯丁设立了“弹道研究实验室”，该实验室负责每天为陆军炮弹部队提供6张射表以便对导弹的研制进行技术鉴定。事实上，每张射表都要计算几百条弹道，而每条弹道的数学模型是一组非常复杂的非线性方程组。这些方程组是没有办法求出准确解的，因此只能用数值方法近似地进行计算。但是即使进行近似运算，实验室雇佣200多人加班加点运算，也大概需要两个月。

                                                                               射表样例

为改变这种状况，当时在宾夕法尼亚大学莫尔电机工程学院的莫希利于1942年提出了试制一台电子计算机的初始设想，得到美国军方的大力支持，一开始投资15万美元，但最终总投资却高达48万美元。1946年2月14日，ENIAC在美国宾夕法尼亚大学问世，它每秒能进行5000次加法运算（据测算，人最快的运算速度每秒仅 5次加法运算），每秒400次乘法运算，是使用继电器运转的机电式计算机的1000倍、手工计算的20万倍，它还能进行平方和立方运算，计算三角函数的值及其它一些更复杂的运算。

但是它的缺点也很明显，这台计算器使用了17840支电子管，大小为80英尺×8英尺，重达28t（吨），功耗为170kW，机器运行产生的高热很容易损坏电子管，当电子管损坏后，必须从近1.8万支电子管中找到坏掉的电子管并予以更换后，机器才能再次运行。

1944年8月，EDVAC（第一台现代意义的通用计算机）的建造计划就被提出。1945年冯·诺依曼以“关于EDVAC的报告草案”为题，起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，建议使用二进制表示程序、数据，并且采用存储程序的工作方式，这就是冯·诺依曼体系。直到1961年，EDVAC才被BRLESC所取代；在其运行周期里，EDVAC被证明是一台可靠和可生产的计算机。

自EDVAC到现在最先进的电子计算机，都采用冯诺依曼作为理论基础：

①采用五大逻辑模块：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备

②二进制表示程序、数据

③采用存储程序的工作方式（核心思想）