现代计算机之父：冯·诺依曼

一、 冯·诺依曼思想的产生背景

1. 1944年：加入美国军方ENIAC计算机研制项目。
2. 1945年：提出并发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机”方案——EDVAC（即冯·诺

依曼思想）。

1. EDVAC方案的意义：阐述了电子计算机和程序设计的新思想，是计算机发展史上一个划

时代的文献，宣告电子计算机时代即将来临。

1. 时代节点：催生了第1台严格意义上的电子计算机ENIAC（宾夕法尼亚大学，1946年2

月）。

二、 冯·诺依曼体系

1. 用二进制代码表示程序和数据：任何复杂运算和操作都转换成用二进制代码表示的指

令，数据也用二进制代码来表示。

1. 采用“存储程序”的工作方式（核心思想）：将程序和数据存储起来（存储程序），让计

算机自动地执行指令，完成各种复杂的运算操作。

1. 新型的现代计算机硬件组成（五大部件）：

• 存储器
• 运算器
• 控制器
• 输入设备
• 输出设备

三、 意义总结 冯·诺依曼体系奠定了现代电子计算机的理论基础。

一、 计算机的发展历程

1. 第一代（1946-1957年）：主要器件是电子管，特征是体积庞大、耗电量大、价格昂贵、

可靠性较差，主要用于科学计算。

1. 第二代（1958-1964年）：主要器件是晶体管，特征是体积缩小、可靠性提高、耗电量减

少，应用从科学计算扩大到数据处理。

1. 第三代（1965-1971年）：主要器件是中小规模集成电路。特征是体积进一步缩小、可靠性极高、速度达到MIPS级，机种多样化，小型计算机出现，软件开始出现操作系统，应

用领域扩大。

1. 第四代（1971年至今）：主要器件是大、超大规模集成电路。特征是速度高达GIPS乃至

TIPS级，微机及微型计算机网络迅速发展，微型计算机出现。

二、 计算机系统的组成

1. 硬件：是指构成计算机必不可少的各种实体部件，是物质基础。
2. 软件：是由硬件所执行的各种内部指令（包括程序和控制指令），因为它们是无形的，

所以称为软件。

三、 计算机主要硬件部件

微机系统主要由CPU、存储器(M)、接口、I/O设备通过系统总线连接组成。

1. CPU (中央处理器) 主要由运算器、控制器等部件组成。

 (1) 运算器

• 功能：完成各类（算术和逻辑）运算。
• 组成特征：主要由ALU（算术逻辑单元）构成，执行算术、逻辑运算以及移位循环等操作，是CPU功能的主要执行部件。ALU以全加器为核心。位数越多，计算精度就越高，但

指令越复杂。CPU处理的数据位宽一般是：8位、16位、32位或64位。

 (2) 控制器

• 功能：产生控制指令（微命令），控制全机运行。

1. 存储器

• 功能：存放数字化后的信息。不论是数据还是程序，存储在存储器中的全是用0和1表示

的二进制代码。

• 存储单元：存储器中保存一个n位二进制数的n个存储电路组成一个存储单元。存储器由

许多存储单元组成，每个存储单元的编号，称为地址。

• 存储容量：存储器所有存储单元的总数。表示存储容量大小常用的单位有

KB、MB、GB、TB、PB等。

• 内存储器（主存）：是一种用以存放直接为CPU提供服务的程序和数据的存储器。由半导体存储芯片组成，特点是工作速度较快，但存储容量相对较小。
• 外存储器（辅存）：为计算机系统的大容量数据存储提供支持的大容量辅助存储设备。

1. 输入/输出设备 (I/O设备)

功能：完成输入/输出信息的转换。

输入：将原始信息转换为二进制代码进入计算机。

输出：将处理结果（二进制代码）转换为用户能感知和接受的形式（如字符、图像、声

音），并输出给用户。

1. 接口 由于外设的种类和数量繁多，为了将总线与各种外设连接，在两者之间设置的硬件部件就是接口。主要具有缓冲转换、逻辑联络等功能。

三、 计算机系统性能指标

1. 基本字长

• 概念：指一次数据操作的基本位数。
• 影响：它会影响计算的精度和指令的功能。
• 常见规格：一般为4位、8位、16位、32位、64位等。

2. 运算速度（常用CPU性能指标）

• CPU的主频 = 外频 × 倍频系数
• IPS：每秒执行指令数
• CPI：即 Clock-cycle Per Instruction（执行一条指令所需的时钟周期数）
• FLOPS：每秒执行浮点运算的次数

3. 带宽

• 计算公式：带宽 = (位宽 × 工作频率) / 8 （单位：B/S）
• 物理含义：单位时间内数据的传输量。
• 注意事项：计算 PCI-E 总线的带宽时，一般还要考虑编码方式、单双工模式和通路数等。

4. 存储器的容量

• 内存（主存）容量：
  • 公式：可编址的存储单元个数 × 存储单元的位宽
  • 参数说明：“存储单元个数”取决于地址码位数；“存储单元的位宽”表明编址单位。
• 外存（辅存）容量：
  • 概念：指存储器能存储的最大数据量。
  • 常用单位：Byte、KB、MB、GB、TB。
  • 注意事项：外存容量与总线地址码的位数无关。

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