Máy ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), do John Mauchly và John Presper Eckert (đại học Pensylvania, Mỹ) thiết kế và chế tạo, là chiếc máy số hoá điện tử đa năng đầu tiên trên thế giới.

Với sự ra đời và thành công của máy ENIAC, năm 1946 được xem như năm mở đầu cho kỷ nguyên máy tính điện tử, kết thúc sự nỗ lực nghiên cứu của các nhà khoa học đã kéo dài trong nhiều năm liền trước đó.

Như đã đề cập ở trên, việc lập trình trên máy ENIAC là một công việc rất tẻ nhạt và tốn kém nhiều thời gian. Công việc này có lẻ sẽ đơn giản hơn nếu chương trình có thể được biểu diễn dưới dạng thích hợp cho việc lưu trữ trong bộ nhớ cùng với dữ liệu cần xử lý. Khi đó máy tính chỉ cần lấy chỉ thị bằng cách đọc từ bộ nhớ, ngoài ra chương trình có thể được thiết lập hay thay đổi thông qua sự chỉnh sửa các giá trị lưu trong một phần nào đó của bộ nhớ.

Ý tưởng này, được biết đến với tên gọi "khái niệm chương trình được lưu trữ", do nhà toán học John von Neumann, một cố vấn của dự án ENIAC, đưa ra ngày 8/11/1945, trong một bản đề xuất về một loại máy tính mới có tên gọi EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). Máy tính này cho phép nhiều thuật toán khác nhau có thể được tiến hành trong máy tính mà không cần phải nối dây lại như máy ENIAC.

Tiếp tục với ý tưởng của mình, vào năm 1946, von Neuman cùng các đồng nghiệp bắt tay vào thiết kế một máy tính mới có chương trình được lưu trữ với tên gọi IAS (Institute for Advanced Studies) tại học viện nghiên cứu cao cấp Princeton, Mỹ. Mặc dù mãi đến năm 1952 máy IAS mới được hoàn tất, nó vẫn là mô hình cho tất cả các máy tính đa năng sau này.

Cấu trúc tổng quát của máy IAS, như được minh họa trên hình 2.1, gồm có:

Hầu hết các máy tính hiện nay đều có chung cấu trúc và chức năng tổng quát như trên. Do vậy chúng còn có tên gọi chung là các máy von Neumann.

Do vai trò quan trọng của máy IAS đối với ngành công nghiệp máy tính, tiếp theo đây chúng ta sẽ tìm hiểu một cách ngắn gọn về hoạt động của nó.

Bộ nhớ của máy IAS gồm 1000 vị trí lưu trữ, gọi là word, với mỗi word chứa 40 chữ số nhị phân (40 bit). Cả dữ liệu và chỉ thị đều được lưu trong word. Do đó các số phải được biểu diễn trong hệ nhị phân và các chỉ thị cũng có các mã nhị phân tương ứng. Hình 2.2 minh họa các dạng thức này. Mỗi số được biểu diễn bằng 1 bit dấu và một giá trị 39 bit. Một word có thể chứa 2 chỉ thị 20 bit, với mỗi chỉ thị gồm một mã thao tác 8 bit (op code) đặc tả thao tác sẽ được thực hiện và một địa chỉ 12 bit định hướng đến một word trong bộ nhớ (địa chỉ này đi từ 0 đến 999).

Đơn vị điều khiển vận hành máy IAS bằng cách lấy các chỉ thị từ bộ nhớ và thực thi lần lượt mỗi lần một chỉ thị. Để giải thích cách hoạt động này, chúng ta cần đến sơ đồ cấu trúc chi tiết hơn như trong hình 2.3. Hình vẽ này cho thấy rằng cả đơn vị điều khiển và ALU đều chứa các vị trí lưu trữ , được gọi là các thanh ghi, xác định như sau:

Máy IAS hoạt động nhờ thực hiện lập đi lập lại một chu kỳ chỉ thị, như được thể hiện trong hình 2.4. Mỗi chu kỳ chỉ thị gồm hai chu kỳ con là tải lệnh và thực thi lệnh. Trong chu kỳ tìm/lấy lệnh, mã thao tác của chỉ thị kế tiếp được tải vào trong IR và phần địa chỉ được tải vào trong MAR. Chỉ thị này có thể được lấy từ IBR, hay có thể nhận được từ bộ nhớ bằng cách tải một word vào MBR, sau đó đi xuống đến IBR, IR, và MAR.

Khi mã thao tác đã ở trong IR, chu kỳ thực thi lệnh được thực hiện. Mạch điều khiển thông dịch mã thao tác và thực thi chỉ thị bằng cách gửi tín hiệu điều khiển thích hợp khiến cho dữ liệu được di chuyển hay một thao tác được tiến hành bởi ALU.

Máy IAS có tất cả 21 chỉ thị được chia thành các nhóm sau:

Hình 2.4 cũng chỉ ra nhiều ví dụ về thực thi chỉ thị bằng đơn vị điều khiển. Chúng ta cần chú ý là mỗi thao tác đòi hỏi nhiều bước. Một số trong chúng rất tỉ mỉ, ví dụ như thao tác nhân cần 39 thao tác con cho 39 vị trí bit, ngoại trừ bit dấu.