跨出第一步後，剩下的路就會慢慢浮現(圖/出處)

首先從硬體開始，今天聊聊范紐曼架構（Von Neumann architecture）。

背景

史上第一台電腦叫做ENIAC，當初美國為了二戰為了快速計算彈道而產生，基本上看起來就是一台超級無敵大又笨重的計算機，但也畢竟算是我們現在人手一台PC的老祖宗，還是要尊敬一下。它的計算速度比當時機電機器提高了一千倍，這是一個大進展，在那之前沒有任何一台單獨的機器達到過這個速度。

但有個很麻煩的地方：當你要修改程式的時候必須要重新手動調整機器上的線路開關。

兩大原則

為了解決這個問題，范紐曼架構提出了兩個概念：

1. 內儲程式: 電腦可以同時儲存程式和資料，將要先執行的程式儲存在Memory中再執行
2. 循序執行: 程式會一行一行的執行

此外還有一個特點，ENIAC是用十進位制，而程式儲存型電腦是採用二進位編碼。

所以，這樣到底有什麼改變？

來看看wiki怎麼說
藉由創造一組指令集架構，並將所謂的運算轉化成一串程式指令的執行細節，讓此機器更有彈性。藉著將指令當成一種特別型態的靜態資料，一台儲存程式型電腦可輕易改變其程式，並在程式控制下改變其運算內容。

簡單來說內儲程式的設計特色之一就是把CPU跟Memory分開，如此一來，對程式改寫或重用只需要重新跟Memory拿，不影響CPU本身。你能想像在將近80年前修改程式碼是要靠上面手動配置線路的方式嗎？（以我的理解就是這台機器是一台巨大的CPU，依據不同的程式指令，你需要重新手動調配線路）

架構中涵蓋五大單元

網路上其實已經有非常多相關名詞解釋，這裡只做簡單說明，最簡單口訣就是：CPU、Memory、I/O。

CPU

控制單元 Control Unit：由計數器、解碼器與暫存器等組成，控制個單元間的運作
運算單元 ALU：算術運算（加、減、乘、除）及邏輯運算（AND、OR、NOT）

Memory

儲存單元 Memory Unit：負責儲存程式或資料

I/O

輸入設備I：負責將資料、程式及命令的輸入。ex: 鍵盤、滑鼠
輸出設備O：負責輸出電腦所執行的結果。ex: 螢幕、印表機

對應現在的電腦硬體如下圖

單元間的互動

舉例我現在輸入2+2要進行加法運算，首先我們假設已經編譯成可執行檔.exe(電腦看得懂的語言)

1. 控制單元依序從Memory 擷取(FETCH) 2+2的對應指令和資料進行解碼(DECODE)
2. 運算單元擷取運算元並 執行(EXECUTE) 運算
3. 將運算結果寫回Memory(WRITE MEMORY)

以上這樣一圈又稱為一個指令週期(cycle)，這個週期只是針對一個指令要完成的一個流程，為CPU和Memory間的互動，並不包含I/O

下一集來聊聊CPU怎麼和memory溝通以及指令週期相關計算

QA時間

所謂「范紐曼瓶頸（von Neumann）」，是描述下列那一種情形？
(A)CPU執行速度的快慢，會影響系統的效能
(B)電腦的記憶體容量有限，會造成程式執行的瓶頸
(C)複雜指令集（Complex Instruction Set Computer, CISC）會造成程式設計者困擾
(D)程式的記憶體參考頻繁，會影響系統執行效能

答案明天揭曉
(104 年 - 國立陽明高中資訊科技概論)

小故事：電腦誕生初期的那個年代工程師竟然大多都是女生？

原來在二戰期間男人們都去打仗了，女生的工作就是計算資料，讓士兵能瞄準目標，而當時有6位女性參與ENIAC項目，且都表現相當出眾
隨著戰爭結束，男性開始回歸社會的工作岡位，女性在當時背負進入家庭就要當好媽媽的形象；此外，當電腦進入家庭時，它以玩具的身份，商業廣告以洗腦的頻率一遍又一遍將玩具打上性別烙印：電腦，男孩的玩具；娃娃，女孩的玩具。
80年代後，女程式設計師的的比例逐漸下滑。
如果對於女性工程師歷史有興趣的，相當推薦一部電影：關鍵少數。

分類會依照第一篇介紹的分類架構來進行
由於是將學習過程記錄下來，如果有任何錯誤歡迎糾正

以下參考連結在學習過程中覺得非常有幫助：

• 维基百科
• 你知道你正在用的電腦是 70 年前發明的馮紐曼架構嗎？
• 被遺忘的工程師歷史：二戰時的彈道計算全靠一群女性，最後卻沒人記得她們
• CPU中的指令周期