計算機硬體及馮·諾依曼結構

• 參考 百度百科：計算機

• 中文名
  計算機
  

• 外文名

  computer

• 別 名

  電腦

• 時 間

  1946年

• 第一臺計算機

  ENIAC（一說ABC

• 發明者

  約翰·馮·諾依曼

  計算機的全稱為電子計算機，俗稱電腦，是一種能夠按照程式運行，自動、高速處理海量資料的現代化智能電子設備，由硬體和軟體所組成，沒有安裝任何軟體的計算機稱為裸機，常見的型號有臺式計算機、筆記本計算機，較先進的計算機有生物計算機、光子計算機、量子計算機等，

  電腦的學名為電子計算機，是由早期的電動計算器發展而來的，1946年，世界上出現了第一臺電子數字計算機“ENIAC”，用于計算彈道，是由美國賓夕法尼亞大學莫爾電工學院制造的，1956年，晶體管電子計算機誕生了，這是第二代電子計算機，只要幾個大一點的柜子就可將它容下，運算速度也大大地提高了，1959年出現的是第三代集成電路計算機，最初的計算機由約翰·馮·諾依曼發明(那時電腦的計算能力相當于現在的計算器)，有三間庫房那么大，后逐步發展，

  1946年面世的“ENIAC”，它主要是用于計算彈道，是由美國賓夕法尼亞大學莫爾電氣工程學院制造的，它的體積龐大，占地面積170多平方米，重量約30噸，消耗近150千瓦的電力，顯然，這樣的計算機成本很高，使用不便，這個說法被計算機基礎教科書上普遍采用，事實上在1973年根據美國最高法院的裁定，最早的電子數字計算機，應該是美國愛荷華州立大學的物理系副教授約翰·阿坦那索夫和其研究生助手克利夫·貝瑞(Clifford E. Berry ，1918-1963）于1939年10月制造的"ABC"(Atanasoff- Berry-Computer），之所以會有這樣的誤會，是因為“ENIAC”的研究小組中的一個叫莫克利的人于1941年剽竊了約翰·阿坦那索夫的研究成果，并在1946年時，申請了專利，由于種種原因直到1973年這個錯誤才被扭轉過來，后來為了表彰和紀念約翰·阿坦那索夫在計算機領域內作出的偉大貢獻，1990年美國前總統布什授予約翰·阿坦那索夫全美最高科技獎項----“國家科技獎”，

硬體系統

硬體系統

1. 電源
   電源是電腦中不可缺少的供電設備，它的作用是將220V交流電轉換為電腦中使用的5V、12V、3.3V直流電，其性能的好壞，直接影響到其他設備作業的穩定性，進而會影響整機的穩定性，手提電腦在自帶鋰電池情況下，為手提電腦提供有效電源，

2. 主板
   主板，也叫母板，安裝在計算機主機箱內，是計算機最基本也是最重要的部件之一，在整個計算機系統中扮演著舉足輕重的角色，主板制造質量的高低，決定了硬體系統的穩定性，主板與CPU關系密切，每一次CPU的重大升級，必然導致主板的換代，主板是計算機硬體系統的核心，也是主機箱內面積最大的一塊印刷電路板，主板的主要功能是傳輸各種電子信號，部分芯片也負責初步處理一些外圍資料，計算機主機中的各個部件都是通過主板來連接的，計算機在正常運行時對系統記憶體、存盤設備和其他I/O設備的操控都必須通過主板來完成，計算機性能是否能夠充分發揮，硬體功能是否足夠，以及硬體兼容性如何等，都取決于主板的設計，主板的優劣在某種程度上決定了一臺計算機的整體性能、使用年限以及功能擴展能力 ，

主板采用了開放式結構，主板上大都有6-15個擴展插槽，供PC機外圍設備的控制卡（配接器）插接，通過更換這些插卡，可以對微機的相應子系統進行區域升級，使廠家和用戶在配置機型方面有更大的靈活性，總之，主板在整個微機系統中扮演著舉足輕重的角色，可以說，主板的型別和檔次決定著整個微機系統的型別和檔次，主板的性能影響著整個微機系統的性能 ，

3. CPU

   中央處理器（CPU），是電子計算機的主要設備之一，電腦中的核心配件，其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的資料，CPU是計算機中負責讀取指令，對指令譯碼并執行指令的核心部件，中央處理器主要包括兩個部分，即控制器、運算器，其中還包括高速緩沖存盤器及實作它們之間聯系的資料、控制的總線，電子計算機三大核心部件就是CPU、內部存盤器、輸入/輸出設備，中央處理器的功效主要為處理指令、執行操作、控制時間、處理資料，
   在計算機體系結構中，CPU 是對計算機的所有硬體資源（如存盤器、輸入輸出單元） 進行控制調配、執行通用運算的核心硬體單元，CPU 是計算機的運算和控制核心，計算機系統中所有軟體層的操作，最終都將通過指令集映射為CPU的操作，

4. 記憶體

   在計算機的組成結構中有一個很重要的部分是存盤器，它是用來存盤程式和資料的部件，
   對于計算機來說，有了存盤器，才有記憶功能，才能保證正常作業，
   存盤器的種類很多，按其用途可分為主存盤器和輔助存盤器，主存盤器又稱記憶體儲器（簡稱記憶體，港臺稱之為記憶體），
   記憶體又稱主存，它是CPU能直接尋址的存盤空間，由半導體器件制成，特點是存取速率快，
   記憶體是電腦中的主要部件，它是相對于外存而言的，
   我們平常使用的程式，如：Windows作業系統、打字軟體、游戲軟體等，一般安裝在硬碟等外存上，但僅此是不能使用其功能，必須把它們調入記憶體中運行，才能真正使用其功能，
   我們平時輸入一段文字或玩一個游戲，其實是在記憶體中進行，好比在一個書房，存放書籍的書架和書柜相當于電腦的外存，我們作業的辦公桌相當于記憶體，
   通常，我們把要永久保存、大量資料存盤在外存上，把一些臨時或少量的資料和程式放在記憶體上，當然，記憶體的好壞會直接影響電腦的運行速度，
   記憶體是暫時存盤程式以及資料的地方，當我們使用WPS處理文稿時，當你在鍵盤上敲入字符時，它被存入記憶體中，當你選擇存盤時，記憶體中的資料才會被存入硬（磁）盤，

5. 硬碟硬碟屬于外部存盤器，機械硬碟由金屬磁片或玻璃磁片制成，而磁片有記憶功能，所以儲到磁片上的資料，不論在開機，還是關機，都不會丟失，硬碟容量很大，已達TB級，尺寸有3.5、2.5、1.8、1.0英寸等，介面有IDE、SATA、SCSI等，SATA最普遍，移動硬碟是以硬碟為存盤介質，強調便攜性的存盤產品，市場上絕大多數的移動硬碟都是以標準硬碟為基礎的，而只有很少部分的是以微型硬碟（1.8英寸硬碟等）為基礎，但價格因素決定著主流移動硬碟還是以標準筆記本硬碟為基礎，因為采用硬碟為存盤介質，因此移動硬碟在資料的讀寫模式與標準IDE硬碟是相同的，移動硬碟多采用USB、IEEE1394等傳輸速度較快的介面，可以較高的速度與系統進行資料傳輸，固態硬碟用固態電子存盤芯片陣列而制成的硬碟，由控制單元和存盤單元（FLASH芯片）組成，固態硬碟在產品外形和尺寸上也完全與普通硬碟一致但是固態硬碟比機械硬碟速度更快，

6. 聲卡

   聲卡是組成多媒體電腦必不可少的一個硬體設備，其作用是當發出播放命令后，聲卡將電腦中的聲音數字信號轉換成模擬信號送到音箱上發出聲音，

7. 顯卡

   顯卡在作業時與顯示幕配合輸出圖形、文字，作用是將計算機系統所需要的顯示資訊進行轉換驅動，并向顯示幕提供行掃描信號，控制顯示幕的正確顯示，是連接顯示幕和個人電腦主板的重要元件，是“人機對話”的重要設備之一，

8. 網卡

   網卡是作業在資料鏈路層的網路組件，是局域網中連接計算機和傳輸介質的介面，不僅能實作與局域網傳輸介質之間的物理連接和電信號匹配，還涉及幀的發送與接收、幀的封裝與拆封、介質訪問控制、資料的編碼與解碼以及資料快取的功能等，網卡的作用是充當電腦與網線之間的橋梁，它是用來建立局域網并連接到Internet的重要設備之一，

   在整合型主板中常把聲卡、顯卡、網卡部分或全部集成在主板上，

馮·諾依曼（John von Neumann）

? 美籍匈牙利數學家、計算機科學家、物理學家，是20世紀最重要的數學家之一，馮·諾依曼是布達佩斯大學數學博士，是現代計算機、博弈論、核武器和生化武器等領域內的科學全才之一，被后人稱為“現代計算機之父”、“博弈論之父”，
? 馮·諾依曼先后執教于柏林大學和漢堡大學，1930年前往美國，后入美國籍， 歷任普林斯頓大學教授、普林斯頓高等研究院教授，入選美國原子能委員會會員、美國國家科學院院士，早期以算子理論、共振論、量子理論、集合論等方面的研究聞名，開創了馮·諾依曼代數，馮·諾依曼第二次世界大戰期間曾參與曼哈頓計劃，為第一顆原子彈的研制作出了貢獻，
? 馮·諾依曼1944年與奧斯卡·摩根斯特恩合著《博弈論與經濟行為》，是博弈論學科的奠基性著作， 晚年，馮·諾依曼轉向研究自動機理論，著有對人腦和計算機系統進行精確分析的著作《計算機與人腦》（1958年），為研制電子數字計算機提供了基礎性的方案， 其余主要著作有《量子力學的數學基礎》（1926）、《經典力學的算子方法》、《連續幾何》（1960）等，

馮·諾依曼結構

馮·諾依曼結構也稱普林斯頓結構，是一種將程式指令存盤器和資料存盤器合并在一起的存盤器結構，程式指令存盤地址和資料存盤地址指向同一個存盤器的不同物理位置，因此程式指令和資料的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程式指令和資料都是16位寬，
數學家馮·諾依曼提出了計算機制造的三個基本原則，即采用二進制邏輯、程式存盤執行以及計算機由五個部分組成（運算器、控制器、存盤器、輸入設備、輸出設備），這套理論被稱為馮·諾依曼體系結構，

五大部件

• 存盤器：用來存放資料和程式

• 運算器：主要運行算數運算和邏輯運算，并將中間結果暫存到運算器中

運算器和控制器合為處理器（CPU）

• 控制器：主要用來控制和指揮程式和資料的輸入運行，以及處理運算結果

• 輸入設備：用來將人們熟悉的資訊形式轉換為機器能夠識別的資訊形式，常見的有鍵盤，滑鼠等

• 輸出設備：可以將機器運算結果轉換為人們熟悉的資訊形式，如列印機輸出，顯示幕輸出等

輸入輸出設備合為I/O設備