第一章：绪论

1. 计算机的发展历程

• 第一代计算机（1940s-1950s）：采用电子管作为主要元件，计算速度有限且体积庞大。代表性计算机包括ENIAC（世界上第一台通用电子计算机）。
• 第二代计算机（1950s-1960s）：采用晶体管，体积较小、速度较快，功耗和故障率降低。
• 第三代计算机（1960s-1970s）：采用集成电路（IC），计算机体积进一步缩小，功能提升。
• 第四代计算机（1970s-至今）：大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI），标志着现代计算机时代。计算机进入个人和家庭，普及率快速提高。

2. 计算机的分类

按功能和用途分类：

• 数字计算机：处理离散数据，以数字为操作对象（如PC、服务器）。
• 模拟计算机：处理连续数据，以模拟量为操作对象（如专用控制器）。
• 混合计算机：同时处理模拟和数字数据，主要用于一些专门科学领域。

按规模分类：

• 大型计算机：用于复杂、密集计算（如大型数据库管理）。
• 小型计算机：相对较小、适合中小型业务需求。
• 微型计算机：个人计算机和嵌入式系统。

3. 计算机的基本组成

计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。

• 硬件系统：包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备、输出设备、总线系统。
• 软件系统：包括操作系统、应用软件、开发工具、数据库管理系统等。

硬件的五大组成部分：

• 运算器：负责算术和逻辑运算，是CPU的核心部分。
• 控制器：控制指令的执行，协调各部件的工作。
• 存储器：用于存储数据和指令，包括主存（RAM、ROM）和辅存（磁盘）。
• 输入设备：将外部数据输入到计算机中（如键盘、鼠标）。
• 输出设备：将计算机处理后的信息输出到外部（如显示器、打印机）。

4. 冯·诺依曼体系结构

定义： 冯·诺依曼（John von Neumann）提出的计算机设计理论，其核心思想是存储程序控制，即程序和数据存储在计算机的同一存储器中，按指令顺序逐步执行。

冯·诺依曼体系结构的主要特征：

• 存储程序控制：程序代码与数据存储在同一存储器，统一管理。
• 顺序执行：大多数指令按顺序执行，按PC寄存器的指令地址逐步推进。
• 五大基本部件：冯·诺依曼架构包含运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
• 单一总线：通过总线传输数据，CPU通过总线与存储器及I/O设备进行数据交互。

存储程序控制的优势：

• 灵活性高：可以方便地修改存储器中的程序和数据，使得计算机适用于各种不同任务。
• 易于自动化：程序的执行通过控制器自动进行，无需人为干预。

5. 计算机系统的层次结构

计算机系统通常划分为多个层次，每一层次实现一定功能，依赖下层提供服务，并为上层提供接口：

• 物理层：硬件实现层，如晶体管、二极管等。
• 微程序层：控制器中的微指令层。
• 机器语言层：CPU能直接执行的指令层。
• 操作系统层：操作系统提供的抽象层，提供资源管理。
• 程序语言层：高级编程语言编写的应用程序层，如C、Java等。
• 应用层：最终用户与应用程序直接交互的层。

6.本章小结

本章主要介绍了计算机的基本组成和工作原理，冯·诺依曼体系结构是现代计算机的基础架构。掌握这些知识是学习后续计算机组成原理的前提。