單片機原理及應用/計算機的基本結構

世界上第一台電子數字式計算機ENIAC（The Electronic Numerical Intergrator and Computer）於1946年2月15日在美國賓州大學正式投入運行，它使用了17 468個真空電子管和86 000個其他電子元件，耗資100萬美元以上，耗電174千瓦，占地170平方米，有兩個教室那麼大，重達30噸，每秒鐘可進行5000次加法運算。雖然它的功能還比不上今天最普通的一台微型計算機，但在當時它已是運算速度的絕對冠軍，並且其運算的精確度和準確度也是史無前例的。ENIAC奠定了電子計算機的發展基礎，開闢了一個計算機科學技術的新紀元。

ENIAC誕生後，1946年6月，美籍匈牙利數學家馮·諾依曼提出了重大的改進理論，主要有兩點：一是電子計算機應該以二進位為運算基礎；二是電子計算機應採用「存儲程序」方式工作。
馮·諾依曼體系的主要思想包括：

採用二進位代碼形式表示信息（數據、指令）；
採用存儲程序工作方式（馮·諾依曼思想最核心的概念）；
計算機硬體系統由五大部件（運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備）組成。

這些思想奠定了現代計算機的基本結構，並且開創了程序設計的新時代。
馮·諾依曼對計算機界的最大貢獻在於「存儲程序控制」概念的提出和實現，主要包含以下三個方面的思想：

根據任務編製程序：計算機對任務的處理，首先必須設計相應的算法，而算法是通過程序來實現的，程序就是一條條的指令，告訴計算機按照一定的步驟不斷地去執行。程序中還應提供需要處理的數據，或者規定計算機在什麼時候、什麼情況下從輸入設備取得數據，或向輸出設備輸出數據。
將編制好的程序存儲在計算機內部：計算機只能識別二進位文件，也就是一串0和1的組合。我們編寫的程序，不管使用哪種語言，如彙編語言、C語言、JAVA等，最終都要編譯成二進位代碼，也就是機器語言，計算機才能夠讀懂和識別，才能按照一條條指令去執行。因此，編寫好的程序最終將變為指令序列和原始數據，保存在存儲器中，提供給計算機執行。
計算機能夠自動、連續地執行程序，並得到需要的結果：存儲器就是一個個小房間，並且按照一定的地址進行編號，需要執行的指令和數據都以二進位代碼的形式存放在存儲器中。計算機開始執行程序，設置一個程序計數器PC（Program Counter）指向需要執行的指令或者代碼處，每執行一個字節的指令，PC計數器自動加1，如果程序需要轉移，PC指向轉移地址處，按照轉移地址讀取後續指令。計算機就是這樣能夠自動地、連續不斷地從存儲器中逐條讀取指令，並且完成相應操作，直到整個程序執行完畢。

馮·諾依曼的這些理論的提出，解決了計算機運算自動化的問題和速度配合問題，對後來計算機的發展起到了決定性的作用。直至今天，絕大部分的計算機還是採用馮·諾依曼方式工作。