計算機

計算機

計算機(Computer),俗稱電腦,是一種能夠按照事先存儲的程式,自動、高速地進行大量數值計算和各種信息處理的現代化智慧型電子設備。由硬體和軟體所組成,兩者是不可分割的。人們把沒有安裝任何軟體的計算機稱為裸機。隨著科技的發展,現在新出現一些新型計算機有:生物計算機、光子計算機、量子計算機等。 1954年5月24日,電晶體電子計算機誕生。 1969年10月29日,通過ARPANET,首次實現了兩台計算機的互聯。計算機發明者約翰·馮·諾依曼。計算機是20世紀最先進的科學技術發明之一,對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響,並以強大的生命力飛速發展。 計算機的套用在中國越來越普遍,改革開放以後,中國計算機用戶的數量不斷攀升,套用水平不斷提高,特別是網際網路、通信、多媒體等領域的套用取得了不錯的成績。1996年至2009 年,計算機用戶數量從原來的630萬增長至6710 萬台,聯網計算機台數由原來的2.9萬台上升至5940萬台。網際網路用戶已經達到3.16 億,無線網際網路有6.7 億移動用戶,其中手機上網用戶達1.17 億,為全球第一位。

基本信息

發展歷史

計算機計算機

計算工具的演化經歷了由簡單到複雜、從低級到高級的不同階段。例如從“結繩記事”中的繩結到算籌、算盤計算尺、機械計算機等。它們在不同的歷史時期發揮了各自的歷史作用,同時也啟發了電子計算機的研製和設計思路。

1889年,美國科學家赫爾曼·何樂禮研製出以電力為基礎的電動制表機,用以儲存計算資料。

1930年,美國科學家范內瓦·布希造出世界上首台模擬電子計算機。

1946年2月14日,由美國軍方定製的世界上第一台電子計算機“電子數字積分計算機”(ENIACElectronicNumericalAndCalculator)在美國賓夕法尼亞大學問世了。ENIAC(中文名:埃尼阿克)是美國奧伯丁武器試驗場為了滿足計算彈道需要而研製成的,這台計算器使用了17840支電子管,大小為80英尺×8英尺,重達28t(噸),功耗為170kW,其運算速度為每秒5000次的加法運算,造價約為487000美元。ENIAC的問世具有劃時代的意義,表明電子計算機時代的到來。在以後60多年裡,計算機技術以驚人的速度發展,沒有任何一門技術的性能價格比能在30年內增長6個數量級。

第1代:電子管數字機(1946—1958年)

硬體方面,邏輯元件採用的是真空電子管,主存儲器採用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯;外存儲器採用的是磁帶。軟體方面採用的是機器語言、彙編語言。套用領域以軍事和科學計算為主。

特點是體積大、功耗高、可靠性差。速度慢(一般為每秒數千次至數萬次)、價格昂貴,但為以後的計算機發展奠定了基礎。

第2代:電晶體數字機(1958—1964年)

硬體方的作業系統、高級語言及其編譯程式。套用領域以科學計算和事務處理為主,並開始進入工業控制領域。特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高(一般為每秒數10萬次,可高達300萬次)、性能比第1代計算機有很大的提高。

第3代:積體電路數字機(1964—1970年)

硬體方面,邏輯元件採用中、小規模積體電路(MSI、SSI),主存儲器仍採用磁芯。軟體方面出現了分時作業系統以及結構化、規模化程式設計方法。特點是速度更快(一般為每秒數百萬次至數千萬次),而且可靠性有了顯著提高,價格進一步下降,產品走向了通用化、系列化和標準化等。套用領域開始進入文字處理和圖形圖像處理領域。

第4代:大規模積體電路機(1970年至今)

硬體方面,邏輯元件採用大規模和超大規模集成電路(LSI和VLSI)。軟體方面出現了資料庫管理系統、網路管理系統和面向對象語言等。特點是1971年世界上第一台微處理器在美國矽谷誕生,開創了微型計算機的新時代。套用領域從科學計算、事務管理、過程控制逐步走向家庭。

由於集成技術的發展,半導體晶片的集成度更高,每塊晶片可容納數萬乃至數百萬個電晶體,並且可以把運算器和控制器都集中在一個晶片上、從而出現了微處理器,並且可以用微處理器和大規模、超大規模積體電路組裝成微型計算機,就是我們常說的微電腦或PC機。微型計算機體積小,價格便宜,使用方便,但它的功能和運算速度已經達到甚至超過了過去的大型計算機。另一方面,利用大規模、超大規模積體電路製造的各種邏輯晶片,已經製成了體積並不很大,但運算速度可達一億甚至幾十億次的巨型計算機。我國繼1983年研製成功每秒運算一億次的銀河Ⅰ這型巨型機以後,又於1993年研製成功每秒運算十億次的銀河Ⅱ型通用並行巨型計算機。這一時期還產生了新一代的程式設計語言以及資料庫管理系統和網路軟體等。

隨著物理元、器件的變化,不僅計算機主機經歷了更新換代,它的外部設備也在不斷地變革。比如外存儲器,由最初的陰極射線顯示管發展到磁芯、磁鼓,以後又發展為通用的磁碟,現又出現了體積更小、容量更大、速度更快的唯讀光碟(CD—ROM)。

時期 時間 典型計算機 描述
第一代計算機(電子管) 1946年2月16日 ENIAC 美國 賓夕法尼亞大學研製的人類歷史上真正意義的第一台電子計算機,占地170平方米,耗電150千瓦,造價48萬美元,每秒可執行5000次加法或400次乘法運算。共使用了18000個電子管。
1950年 EDVAC 第一台並行計算機,實現了計算機之父“馮.諾伊曼”的兩個構想:採用二進制和存儲 程式
第二代計算機(電晶體) 1954年 TRADIC IBM公司製造的第一台使用電晶體的計算機,增加了浮點運算,使計算能力有了很大提高
1958年 IBM 1401 這是第二代計算機中的代表,用戶當時可以租用。

時期 時間 典型計算機 描述
第四代計算機(大規模和超大規模積體電路) 1970年 IBM S/370 這是IBM的更新換代的重要產品,採用了大規模積體電路代替磁芯存儲,小規模積體電路作為邏輯元件,並使用虛擬存儲器技術,將硬體和軟體分離開來,從而明確了軟體的價值。
1975年4月 Altair 8800 MITS製造的,帶有1KB存儲器。這是世界上第一台微型計算機。
1977年4月 Apple II NMOS6500 1MHz CPU,4KB RAM 16KB ROM,這是計算機史上第一個帶有彩色圖形的個人計算機
1981年8月12日 IBM PC 採用了主頻為4.77MHz的Intel 8088CPU,記憶體64KB,160KB軟碟機,作業系統是Microsoft提供的MS-DOS
1983年1月19日 APPLE LISA 第一台使用了 滑鼠的電腦,第一台使用圖形用戶界面的電腦。
1983年3月8日 IBM PC/XT 採用INTEL8088 4.77MHz的CPU,256K RAM和40K ROM,10MB的硬碟,兩部360KB軟碟機。
1984年8月 IBM PC/AT 採用Intel 80286 6MHzCPU, 512KB記憶體,20MB硬碟和1.2M軟碟機。
1986年9月 Compaq Desktop PC 採用了Intel 80386 16MHz CPU,640KB記憶體,20MB硬碟,1.2M軟碟機,是計算機史上第一台386計算機。
1989年4月 DELL 80486 採用Intel 80486DX CPU 640KB記憶體, 20MB硬碟,1.2M軟碟機。
1996年 基本配置是奔騰或者奔騰MMX 的CPU,32M EDO或者SDRAM記憶體,2.1G硬碟,14寸球面顯示器為標準配置。
1997年 基本配置開始向賽揚處理器過渡,部分高檔的機器開始使用PentiumII CPU,同時記憶體也由早期的EDO過渡到SDRAM,4.3G左右的硬碟開始成為標準配置。
1998年 帶有128K二級高速快取的賽揚處理器成為廣大裝機者的最愛,同時64M記憶體和15寸顯示器開始成為標準配置。
1999年 部分品牌廠商開始將PentiumIII CPU作為電腦的一個賣點,64M記憶體和6.4G硬碟開始成為電腦的標準配置。
2000年 66M和100M外頻的賽揚處理器占領了大部分品牌或 兼容機的市場,128M記憶體,10G以上的硬碟開始成為標準配置,17寸顯示器慢慢進入家庭。
2001年至今 Pentium 4 CPU和Pentium 4賽揚CPU開始成為電腦的標準配置,記憶體由SDRAM實現了向DDR的過渡,同時17寸CRT顯示器或者15寸液晶顯示器開始成為用戶的首選,硬碟逐漸向40G以上的容量發展。
蘋果 iMac G5(M9248CH/A) 處理器類型PowerPC G5配置,主頻1600MHz以上,記憶體容量256MB,硬碟容量80GB,顯示器類型17”液晶。這是蘋果電腦的創新,將主機的部件全部集成到顯示器內部。顯示器就是一台電腦。

機器組成

計算機計算機

計算機是由硬體系統(hardwaresystem)和軟體系統(softwaresystem)兩部分組成的。

傳統電腦系統的硬體單元一般可分為輸入單元、輸出單元、算術邏輯單元、控制單元及記憶單元,其中算術邏輯單元和控制單元合稱中央處理單元(CenterProcessingUnit,CPU)。

硬體系統

計算機計算機

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工作的穩定性,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。

主機板

主機板是電腦中各個部件工作的一個平台,它把電腦的各個部件緊密連線在一起,各個部件通過主機板進行數據傳輸。也就是說,電腦中重要的“交通樞紐”都在主機板上,它工作的穩定性影響著整機工作的穩定性。

CPU

CPU即中央處理器,是一台計算機的運算核心和控制核心。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟體中的數據。CPU由運算器、控制器、暫存器、高速快取及實現它們之間聯繫的數據、控制及狀態的匯流排構成。作為整個系統的核心,CPU也是整個系統最高的執行單元,因此CPU已成為決定電腦性能的核心部件,很多用戶都以它為標準來判斷電腦的檔次。

記憶體

記憶體又叫內部存儲器或者是隨機存儲器(RAM),分為DDR記憶體和SDRAM記憶體,(但是SDRAM由於容量低,存儲速度慢,穩定性差,已經被DDR淘汰了)記憶體屬於電子式存儲設備,它由電路板和晶片組成,特點是體積小,速度快,有電可存,無電清空,即電腦在開機狀態時記憶體中可存儲數據,關機後將自動清空其中的所有數據。記憶體有DDR、DDRII、DDRIII三大類,容量1-64GB。

硬碟

硬碟屬於外部存儲器,機械硬碟由金屬磁片製成,而磁片有記憶功能,所以儲到磁片上的數據,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,接口有IDE、SATA、SCSI等,SATA最普遍。移動硬碟是以硬碟為存儲介質,強調便攜性的存儲產品。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。因為採用硬碟為存儲介質,因此移動硬碟在數據的讀寫模式與標準IDE硬碟是相同的。移動硬碟多採用USB、IEEE1394等傳輸速度較快的接口,可以較高的速度與系統進行數據傳輸。固態硬碟用固態電子存儲晶片陣列而製成的硬碟,由控制單元和存儲單元(FLASH晶片)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。

音效卡

音效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後,音效卡將電腦中的聲音數位訊號轉換成模擬信號送到音箱上發出聲音。

顯示卡

顯示卡在工作時與顯示器配合輸出圖形、文字,作用是將計算機系統所需要的顯示信息進行轉換驅動,並向顯示器提供行掃描信號,控制顯示器的正確顯示,是連線顯示器和個人電腦主機板的重要元件,是“人機對話”的重要設備之一。

網卡

網卡是工作在數據鏈路層的網路組件,是區域網路中連線計算機和傳輸介質的接口,不僅能實現與區域網路傳輸介質之間的物理連線和電信號匹配,還涉及幀的傳送與接收、幀的封裝與拆封、介質訪問控制、數據的編碼與解碼以及數據快取的功能等。網卡的作用是充當電腦與網線之間的橋樑,它是用來建立區域網路並連線到Internet的重要設備之一。
在整合型主機板中常把音效卡、顯示卡、網卡部分或全部集成在主機板上。

數據機

英文名為“Modem”,俗稱“貓”,即數據機,類型有內置式和外置式,有線式和無線式。數據機是通過電話線上網時必不可少的設備之一。它的作用是將電腦上處理的數位訊號轉換成電話線傳輸的模擬信號。隨著ADSL寬頻網的普及,內置式數據機逐漸退出了市場。

光碟機

英文名為“OpticalDiskdriver”,電腦用來讀寫光碟內容的機器,也是在台式機和筆記本攜帶型電腦里比較常見的一個部件。隨著多媒體的套用越來越廣泛,使得光碟機在計算機諸多配件中已經成為標準配置。光碟機可分為CD-ROM驅動器、DVD光碟機(DVD-ROM)、康寶(COMBO)和DVD刻錄機(DVD-RAM)等。讀寫的能力和速度也日益提升,4×16×32×40×48×。

顯示器

英文名為“monitor”,顯示器有大有小,有薄有厚,品種多樣,其作用是把電腦處理完的結果顯示出來。它是一個輸出設備,是電腦必不可缺少的部件之一。分為CRT、LCD、LED三大類,接口有VGA、DVI兩類。

鍵盤

英文名為“Keyboard”,分為有線和無線,鍵盤是主要的人工學輸入設備,通常為104或105鍵,用於把文字、數字等輸到電腦上,以及電腦操控。

滑鼠

英文名為“Mouse”,當人們移動滑鼠時,電腦螢幕上就會有一個箭頭指針跟著移動,並可以很準確指到想指的位置,快速地在螢幕上定位,它是人們使用電腦不可缺少的部件之一。鍵盤滑鼠接口有PS/2和USB兩種。硬體的滑鼠分為光電機械兩種(機械已被光電淘汰)。

音箱

英文名為“Loudspeaker”,通過音頻線連線到功率放大器,再通過電晶體把聲音放大,輸出到喇叭上,從而使喇叭發出電腦的聲音。一般的電腦音箱可分為2、2.1、3.1、4、4.1、5.1、7.1這幾種,音質也各有差異。

印表機印表機
印表機

英文名為“Printer”,通過它可以把電腦中的檔案列印到紙上,它是重要的輸出設備之一。在印表機領域形成了針式印表機、噴墨印表機、雷射印表機三足鼎立的主流產品,各自發揮其優點,滿足各界用戶不同的需求。

視頻設備

如攝像頭、掃瞄器、數位相機、數碼攝像機、電視卡等設備,用於處理視頻信號。

快閃記憶體盤

英文名為“Flashdisk”,快閃記憶體盤通常也被稱作優盤,隨身碟,閃盤,是一個通用串列匯流排USB接口的無需物理驅動器的微型高容量移動存儲產品,它採用的存儲介質為快閃記憶體存儲介質(FlashMemory)。快閃記憶體盤一般包括快閃記憶體(FlashMemory)、控制晶片和外殼。快閃記憶體盤具有可多次擦寫、速度快而且防磁防震防潮的優點。閃盤採用流行的USB接口,體積只有大拇指大小,重量約20克,不用驅動器,無需外接電源,即插即用,不同電腦之間進行檔案交流,存儲容量從1~128GB不等,滿足不同的需求。

移動存儲卡及讀卡器

存儲卡是利用快閃記憶體(FlashMemory)技術達到存儲電子信息的存儲器,一般套用在數位相機、掌上電腦、MP3、MP4等小型數碼產品中作為存儲介質,所以樣子小巧,猶如一張卡片,所以稱之為快閃記憶體卡。根據不同的生產廠商和不同的套用,快閃記憶體卡有SmartMedia(SM卡)、CompactFlash(CF卡),MultiMediaCard(MMC卡),SecureDigital(SD卡)、MemoryStick(記憶棒),TF卡等多種類型,這些快閃記憶體卡雖然外觀、規格不同,但是技術原理都是相同的。由於快閃記憶體卡本身並不能直接被電腦辨認,讀卡器就是一個兩者的溝通橋樑。讀卡器CardReader)可使用很多種存儲卡,如CompactFlashorSmartMediaorMicrodrive存儲卡等,作為存儲卡的信息存取裝置。讀卡器使用USB1.1/USB2.0的傳輸介面,支持熱拔插。與普通USB設備一樣,只需插入電腦的USB連線埠,然後插用存儲卡就可以使用了。按照速度來劃分有USB1.1、USB2.0以及USB3.0,按用途來劃分,有單一讀卡器和多合一讀卡器。

軟體系統

計算機計算機
所謂軟體是指為方便使用計算機和提高使用效率而組織的程式以及用於開發、使用和維護的有關文檔。軟體系統可分為系統軟體和套用軟體兩大類。

1、系統軟體

系統軟體Systemsoftware,由一組控制計算機系統並管理其資源的程式組成,其主要功能包括:啟動計算機,存儲、載入和執行應用程式,對檔案進行排序、檢索,將程式語言翻譯成機器語言等。實際上,系統軟體可以看作用戶與計算機的接口,它為套用軟體和用戶提供了控制、訪問硬體的手段,這些功能主要由作業系統完成。此外,編譯系統和各種工具軟體也屬此類,它們從另一方面輔助用戶使用計算機。下面分別介紹它們的功能

1)作業系統(OperatingSystem,OS)

作業系統是管理、控制和監督計算機軟、硬體資源協調運行的程式系統,由一系列具有不同控制和管理功能的程式組成,它是直接運行在計算機硬體上的、最基本的系統軟體,是系統軟體的核心。作業系統是計算機發展中的產物,它的主要目的有兩個:一是方便用戶使用計算機,是用戶和計算機的接口。比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自動完成複雜的功能,這就是作業系統幫助的結果;二是統一管理計算機系統的全部資源,合理組織計算機工作流程,以便充分、合理地發揮計算機的效率。作業系統通常應包括下列五大功能模組:

(1)處理器管理:當多個程式同時運行時,解決處理器(CPU)時間的分配問題。

(2)作業管理:完成某個獨立任務的程式及其所需的數據組成一個作業。作業管理的任務主要是為用戶提供一個使用計算機的界面使其方便地運行自己的作業,並對所有進入系統的作業進行調度和控制,儘可能高效地利用整個系統的資源

(3)存儲器管理:為各個程式及其使用的數據分配存儲空間,並保證它們互不干擾。

(4)設備管理:根據用戶提出使用設備的請求進行設備分配,同時還能隨時接收設備的請求(稱為中斷),如要求輸入信息。

(5)檔案管理:主要負責檔案的存儲、檢索、共享和保護,為用戶提供檔案操作的方便。

作業系統的種類繁多,依其功能和特性分為分批處理作業系統、分時作業系統和實時作業系統等;依同時管理用戶數的多少分為單用戶作業系統和多用戶作業系統;適合管理計算機網路環境的網路作業系統。

微機作業系統隨著微機硬體技術的發展而發展,從簡單到複雜。Microsoft公司開發的DOS是一單用戶單任務系統,而Windows作業系統則是一多戶多任務系統,經過十幾年的發展,已從Windows3.1發展WindowsNT、Windows2000、WindowsXP、Windowsvista、Windows7和Windows8等等。它是當前微機中廣泛使用的作業系統之一。Linux是一個源碼公開的作業系統,程式設計師可以根據自己的興趣和靈感對其進行改變,這讓Linux吸收了無數程式設計師的精華,不斷壯大,已被越來越多的用戶所採用,是Windows作業系統強有力的競爭對手。

2)語言處理系統(翻譯程式)

人和計算機交流信息使用的語言稱為計算機語言或稱程式設計語言。計算機語言通常分為機器語言、彙編語言和高級語言三類。如果要在計算機上運行高級語言程式就必須配備程式語言翻譯程式(下簡稱翻譯程式)。翻譯程式本身是一組程式,不同的高級語言都有相應的翻譯程式。翻譯的方法有兩種:

一種稱為“解釋”。早期的BASIC源程式的執行都採用這種方式。它調用機器配備的BASIC“解釋程式”,在運行BASIC源程式時,逐條把BASIC的源程式語句進行解釋和執行,它不保留目標程式代碼,即不產生執行檔。這種方式速度較慢,每次運行都要經過“解釋”,邊解釋邊執行。

另一種稱為“編譯”,它調用相應語言的編譯程式,把源程式變成目標程式(以.OBJ為擴展名),然後再用連線程式,把目標程式與庫檔案相連線形成執行檔。儘管編譯的過程複雜一些,但它形成的執行檔(以.exe為擴展名)可以反覆執行,速度較快。運行程式時只要鍵入可執行程式的檔案名稱,再按Enter鍵即可。

對源程式進行解釋和編譯任務的程式,分別叫作編譯程式和解釋程式。如FORTRAN、COBOL、PASCAL和C等高級語言,使用時需有相應的編譯程式;BASIC、LISP等高級語言,使用時需用相應的解釋程式。

3)服務程式

服務程式能夠提供一些常用的服務性功能,它們為用戶開發程式和使用計算機提供了方便,像微機上經常使用的診斷程式、調試程式、編輯程式均屬此類。

4)資料庫管理系統

資料庫是指按照一定聯繫存儲的數據集合,可為多種套用共享。資料庫管理系統(DataBaseManagementSystem,DBMS)則是能夠對資料庫進行加工、管理的系統軟體。其主要功能是建立、消除、維護資料庫及對庫中數據進行各種操作。資料庫系統主要由資料庫(DB)、資料庫管理系統(DBMS)以及相應的應用程式組成。資料庫系統不但能夠存放大量的數據,更重要的是能迅速、自動地對數據進行檢索、修改、統計、排序、合併等操作,以得到所需的信息。這一點是傳統的檔案櫃無法作到的。

資料庫技術是計算機技術中發展最快、套用最廣的一個分支。可以說,在今後的計算機套用開發中大都離不開資料庫。因此,了解資料庫技術猶其是微機環境下的資料庫套用是非常必要的。

2、套用軟體

為解決各類實際問題而設計的程式系統稱為套用軟體。從其服務對象的角度,又可分為通用軟體和專用軟體兩類。

主要特點

計算機計算機
運算速度快計算機內部電路組成,可以高速準確地完成各種算術運算。當今計算機系統的運算速度已達到每秒萬億次,微機也可達每秒億次以上,使大量複雜的科學計算問題得以解決。例如:衛星軌道的計算、大型水壩的計算、24小時天氣算需要幾年甚至幾十年,而在現代社會裡,用計算機只需幾分鐘就可完成。

計算精確度高 科學技術的發展特別是尖端科學技術的發展,需要高度精確的計算。計算機控制的飛彈之所以能準確地擊中預定的目標,是與計算機的精確計算分不開的。一般計算機可以有十幾位甚至幾十位(二進制)有效數字,計算精度可由千分之幾到百萬分之幾,是任何計算工具所望塵莫及的。

邏輯運算能力強 計算機不僅能進行精確計算,還具有邏輯運算功能,能對信息進行比較和判斷。計算機能把參加運算的數據、程式以及中間結果和最後結果保存起來,並能根據判斷的結果自動執行下一條指令以供用戶隨時調用。

存儲容量大計算機內部的存儲器具有記憶特性,可以存儲大量的信息,這些信息,不僅包括各類數據信息,還包括加工這些數據的程式

自動化程度高由於計算機具有存儲記憶能力和邏輯判斷能力,所以人們可以將預先編好的程式組納入計算機記憶體,在程式控制下,計算機可以連續、自動地工作,不需要人的干預。

性價比高 幾乎每家每戶都會有電腦,越來越普遍化、大眾化,22世紀電腦必將成為每家每戶不可缺少的電器之一。計算機發展很迅速,有台式的還有筆記本。

主要分類

超級計算機

計算機計算機
超級計算機(Supercomputers)通常是指由數百數千甚至更多的處理器(機)組成的、能計算普通PC機和伺服器不能完成的大型複雜課題的計算機。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機,是國家科技發展水平和綜合國力的重要標誌。超級計算機擁有最強的並行計算能力,主要用於科學計算。在氣象、軍事、能源航天、探礦等領域承擔大規模、高速度的計算任務。在結構上,雖然超級計算機和伺服器都可能是多處理器系統,二者並無實質區別,但是現代超級計算機較多採用集群系統,更注重浮點運算的性能,可看著是一種專注於科學計算的高性能伺服器,而且價格非常昂貴。

網路計算機

1、伺服器

專指某些高性能計算機,能通過網路,對外提供服務。

相對於普通電腦來說,穩定性、安全性、性能等方面都要求更高,因此在CPU、晶片組、記憶體、磁碟系統、網路等硬體和普通電腦有所不同。伺服器是網路的節點,存儲、處理網路上80%的數據、信息,在網路中起到舉足輕重的作用。它們是為客戶端計算機提供各種服務的高性能的計算機,其高性能主要表高速度的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外部數據吞吐能力等方面。伺服器的構成與普通電腦類似,也有處理器、硬碟、記憶體、系統匯流排等,但因為它是針對具體的網路套用特別制定的,因而伺服器與微機在處理能力、穩定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面存在差異很大。伺服器主要有網路伺服器(DNS、DHCP)、列印伺服器、終端伺服器、磁碟伺服器、郵件伺服器、檔案伺服器等。

2、工作站

是一種以個人計算機和分散式網路計算為基礎,主要面向專業套用領域,具備強大的數據運算與圖形、圖像處理能力,為滿足工程設計、動畫製作、科學研究、軟體開發、金融管理、信息服務、模擬仿真等專業領域而設計開發的高性能計算機。工作站最突出的特點是具有很強的圖形交換能力,因此在圖形圖像領域特別是計算機輔助設計領域得到了迅速套用。典型產品有美國Sun公司的Sun系列工作站。

無盤工作站是指無軟碟、無硬碟、無光碟機連入區域網路的計算機。在網路系統中,把工作站端使用的作業系統和套用軟體被全部放在伺服器上,系統管理員只要完成伺服器上的管理和維護,軟體的升級和安裝也只需要配置一次後,則整個網路中的所有計算機就都可以使用新軟體。所以無盤工作站具有節省費用、系統的安全性高、易管理性和易維護性等優點,這對網路管理員來說具有很大的吸引力。

無盤工作站的工作原理是由網卡的啟動晶片(BootROM)以不同的形式向伺服器發出啟動請求號,伺服器收到後,根據不同的機制,向工作站傳送啟動數據,工作站下載完啟動數據後,系統控制權由BootROM轉到記憶體中的某些特定區域,並引導作業系統。
根據不同的啟動機制,比較常用無盤工作站可分為RPL和PXE。RPL為RemoteInitialProgramLoad的縮寫,此技術常用於Windows95中。PXE是RPL的升級品,它是PrebootExecutionEnvironment的縮寫。兩者不同之處在於RPL是靜態路由,而PXE是動態路由,其通信協定採用TCP/IP,實現了與Internet連線高效而可靠,它常用於Windows98、WindowsNT、Windows2000、WindowsXP中。

3、集線器

集線器(HUB)是一種共享介質的網路設備,它的作用可以簡單的理解為將一些機器連線起來組成一個區域網路,HUB本身不能識別目的地址。集線器上的所有連線埠爭用一個共享信道的寬頻,因此隨著網路節點數量的增加,數據傳輸量的增大,每節點的可用頻寬將隨之減少。另外,集線器採用廣播的形式傳輸數據,即向所有連線埠傳送數據。如當同一區域網路內的A主機給B主機傳輸數據時,數據包在以HUB為架構的網路上是以廣播方式傳輸的,對網路上所有節點同時傳送同一信息,然後再由每一台終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。其實接收數據的一般來說只有一個終端節點,而對所有節點都傳送,在這種方式下,很容易造成網路堵塞,而且絕大部分數據流量是無效的,這樣就造成整個網路數據傳輸效率相當低。另一方面由於所傳送的數據包每個節點都能偵聽到,容易給網路帶來一些不安全隱患。

4、交換機

交換機(Switch)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備,它是集線器的升級換代產品,外觀上與集線器非常相似,其作用與集線器大體相同。但是兩者在性能上有區別:集線器採用的是共享頻寬的工作方式,而交換機採用的是獨享頻寬方式。即交換機上的所有連線埠均有獨享的信道頻寬,以保證每個連線埠上數據的快速有效傳輸,交換機為用戶提供的是獨占的、點對點的連線,數據包只被傳送到目的連線埠,而不會向所有連線埠傳送,其它節點很難偵聽到所傳送的信息,這樣在機器很多或數據量很大時,不容易造成網路堵塞,也確保了數據傳輸安全,同時大大的提高了傳輸效率,兩者的差別就比較明顯了。

5、路由器

路由器(Router)是一種負責尋徑的網路設備,它在網際網路中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網路路徑提供給用戶通信。路由器用於連線多個邏輯上分開的網路,為用戶提供最佳的通信路徑,路由器利用路由表為數據傳輸選擇路徑,路由表包含網路地址以及各地址之間距離的清單,路由器利用路由表查找數據包從當前位置到目的地址的正確路徑,路由器使用最少時間算法或最優路徑算法來調整信息傳遞的路徑。路由器是產生於交換機之後,就像交換機產生於集線器之後,所以路由器與交換機也有一定聯繫,並不是完全獨立的兩種設備。路由器主要克服了交換機不能向路由轉發數據包的不足。

交換機、路由器是一台特殊的網路計算機,它的硬體基礎CPU、存儲器和接口,軟體基礎是網路互聯作業系統IOS。

交換機、路由器和PC機一樣,有中央處理單元CPU,而且不同的交換機、路由器,其CPU一般也不相同,CPU是交換機、路由器的處理中心。

記憶體是交換機、路由器存儲信息和數據的地方,CISCO交換機、路由器有以下幾種記憶體組件:

ROM(ReadOnlyMemory)存儲交換機、路由器加電自檢(POST:Power-OnSelf-Test)、啟動程式(BootstrapProgram)和部分或全部的IOS。交換機、路由器中的ROM是可擦寫的,所以IOS是可以升級的。

RAM(RandomAccessMemory)與PC機上的隨機存儲器相似,提供臨時信息的存儲,同時保存著當前的路由表和配置信息。

NVRAM(NonvolatileRandomAccessMemory)存儲交換機、路由器的啟動配置檔案。NVRAM是可擦寫的,可將交換機、路由器的配置信息拷貝到NVRAM中。

FLASH快閃記憶體,是可擦寫的,也可程式,用於存儲CISCOIOS的其它版本,用於對交換機、路由器的IOS進行升級。

接口用作將交換機、路由器連線到網路,可以分為區域網路接口和廣域網接口兩種。由於交換機、路由器型號的不同,接口數目和類型也不盡一樣。常見的接口主要有以下幾種:

高速同步串口,可連線DDN,幀中繼(FrameRelay),X.25,PSTN(模擬電話線路)。

同步/異步串口,可用軟體將連線埠設定為同步工作方式。

AUI連線埠,即粗纜口。一般需要外接轉換器(AUI-RJ45),連線10/100Base-T乙太網絡。

ISDN連線埠,可以連線ISDN網路(2B+D),可作為區域網路接入Internet之用。

AUX連線埠,該連線埠為異步連線埠,主要用於遠程配置,也可用於拔號備份,可與MODEM連線。支持硬體流控制(HardwareFlowControl)。

Console連線埠,該連線埠為異步連線埠,主要連線終端或運行終端仿真程式的計算機,在本地配置交換機、路由器。不支持硬體流控制。

工業控制

是一種採用匯流排結構,對生產過程及其機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的計算機系統總稱。簡稱工控機。它由計算機和過程輸入輸出(I/O)通過兩大部分組成。計算機是由主機、輸入輸出設備和外部磁碟機、磁帶機等組成。在計算機外部又增加一部分過程輸入/輸出通道,用來完成工業生產過程的檢測數據送入計算機進行處理;另一方面將計算機要行使對生產過程控制的命令、信息轉換成工業控制對象的控制變數的信號,再送往工業控制對象的控制器去。由控制器行使對生產設備運行控制。工控機的主要類別有:IPC(PC匯流排工業電腦)、PLC(可程式控制系統)、DCS(分散型控制系統)、FCS(現場匯流排系統)及CNC(數控系統)五種。

1、IPC

即基於PC匯流排的工業電腦。據2000年IDC統計PC機已占到通用計算機的95%以上,因其價格低、質量高、產量大、軟/硬體資源豐富,已被廣大的技術人員所熟悉和認可,這正是工業電惱熱的基礎。其主要的組成部分為工業機箱、無源底板及可插入其上的各種板卡組成,如CPU卡、I/O卡等。並採取全鋼機殼、機卡壓條過濾網,雙正壓風扇等設計及EMC(ElectroMagneticCompatibility)技術以解決工業現場的電磁干擾、震動、灰塵、高/低溫等問題。

IPC有以下特點:

可靠性:工業PC具有在粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕和快速診斷和可維護性,其MTTR(MeanTimetoRepair)一般為10萬小時以上。

實時性,工業PC對工業生產過程進行實時線上檢測與控制,對工作狀況的變化給予快速回響,及時進行採集和輸出調節(看門狗功能這是普通PC所不具有的),遇險自復位,保證系統的正常運行。

擴充性,工業PC由於採用底板+CPU卡結構,因而具有很強的輸入輸出功能,最多可擴充20個板卡,能與工業現場的各種外設、板卡如與道控制器、視頻監控系統、車輛檢測儀等相連,以完成各種任務。

兼容性,能同時利用ISA與PCI及PICMG資源,並支持各種作業系統,多種語言彙編,多任務作業系統。

2、可程式序控制器(PLC)

PLC英文全稱ProgrammableLogicController,中文全稱為可程式邏輯控制器,定義是:一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境套用而設計的。它採用一類可程式的存儲器,用於其內部存儲程式,執行邏輯運算,順序控制,定時,計數與算術操作等面向用戶的指令,並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可程式控制系統(ProgrammableLogicController)是一種專門為在工業環境下套用而設計的數字運算操作電子系統。它採用一種可程式的存儲器,在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。
可程式控制器是計算機技術與自動化控制技術相結合而開發的一種適用工業環境的新型通用自動控制裝置,是作為傳統繼電器的替換產品而出現的。隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展,可程式控制器更多地具有了計算機的功能,不僅能實現邏輯控制,還具有了數據處理、通信、網路等功能。由於它可通過軟體來改變控制過程,而且具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點,已廣泛套用於工業控制的各個領域,大大推進了機電一體化的進程。

3、分散型控制系統(DCS)

是一種高性能、高質量、低成本、配置靈活的分散控制系統系列產品,可以構成各種獨立的控制系統、分散控制系統DCS、監控和數據採集系統(SCADA),能滿足各種工業領域對過程控制和信息管理的需求。系統的模組化設計、合理的軟硬體功能配置和易於擴展的能力,能廣泛用於各種大、中、小型電站的分散型控制、發電廠自動化系統的改造以及鋼鐵、石化、造紙、水泥等工業生產過程控制。

4、現場匯流排系統(FCS)

是全數字串列、雙向通信系統。系統內測量和控制設備如探頭、激勵器和控制器可相互連線、監測和控制。在工廠網路的分級中,它既作為過程控制(如PLC,LC等)和套用智慧型儀表(如變頻器、閥門、條碼閱讀器等)的局部網,又具有在網路上分布控制套用的內嵌功能。由於其廣闊的套用前景,眾多國外有實力的廠家競相投入力量,進行產品開發。國際上已知的現場匯流排類型有四十餘種,比較典型的現場匯流排有:FF,Profibus,LONworks,CAN,HART,CC-LINK等。

5、數控系統(CNC)

現代數控系統是採用微處理器或專用微機的數控系統,由事先存放在存儲器里系統程式(軟體)來實現控制邏輯,實現部分或全部數控功能,並通過接口與外圍設備進行聯接,稱為計算機數控,簡稱CNC系統。

數控工具機是以數控系統為代表的新技術對傳統機械製造產業的滲透形成的機電一體化產品;其技術範圍覆蓋很多領域:(1)機械製造技術;(2)信息處理、加工、傳輸技術;(3)自動控制技術;(4)伺服驅動技術;(5)感測器技術;(6)軟體技術等。

個人電腦

計算機計算機
1、台式機(Desktop)

也叫桌面機,是一種獨立相分離的計算機,完完全全跟其它部件無聯繫,相對於筆記本和上網本體積較大,主機、顯示器等設備一般都是相對獨立的,一般需要放置在電腦桌或者專門的工作檯上。因此命名為台式機。為非常流行的微型計算機,多數人家裡和公司用的機器都是台式機。台式機的性能相對較筆記本電腦要強。台式機具有如下特點:
散熱性。台式機具有筆記本計算機所無法比擬的優點。台式機的機箱具有空間大、通風條件好的因素而一直被人們廣泛使用。

擴展性。台式機的機箱方便用戶硬體升級,如光碟機、硬碟。如台式機箱的光碟機驅動器插槽是4-5個,硬碟驅動器插槽是4-5個。非常方便用戶日後的硬體升級。

保護性。台式機全方面保護硬體不受灰塵的侵害。而且防水性就不錯;在筆記本中這項發展不是很好。

明確性。台式機機箱的開、關鍵、重啟鍵、USB、音頻接口都在機箱前置面板中,方便用戶的使用。

但台式機的便攜性差,相比筆記本是非常方便。

2、電腦一體機

電腦一體機,是由一台顯示器、一個電腦鍵盤和一個滑鼠組成的電腦。它的晶片、主機板與顯示器集成在一起,顯示器就是一台電腦,因此只要將鍵盤和滑鼠連線到顯示器上,機器就能使用。隨著無線技術的發展,電腦一體機的鍵盤、滑鼠與顯示器可實現無線連結,機器只有一根電源線。這就解決了一直為人詬病的台式機線纜多而雜的問題。有的電腦一體機還具有電視接收、AV功能,也整合專用軟體,可用於特定行業專用機。

3、筆記本電腦(Notebook或Laptop)

也稱手提電腦或膝上型電腦,是一種小型、可攜帶的個人電腦,通常重1-3公斤。筆記本電腦除了鍵盤外,還提供了觸控板(TouchPad)或觸控點(PointingStick),提供了更好的定位和輸入功能。

筆記本電腦可以大體上分為6類:商務型、時尚型、多媒體套用、上網型、學習型、特殊用途。商務型筆記本電腦一般可以概括為移動性強、電池續航時間長、商務軟體多;時尚型外觀主要針對時尚女性;多媒體套用型筆記本電腦則有較強的圖形、圖像處理能力和多媒體的能力,尤其是播放能力,為享受型產品。而且,多媒體筆記本電腦多擁有較為強勁的獨立顯示卡和音效卡(均支持高清),並有較大的螢幕。上網本(Netbook)就是輕便和低配置的筆記本電腦,具備上網、收發郵件以及即時信息(IM)等功能,並可以實現流暢播放流媒體和音樂。上網本比較強調便攜性,多用於在出差、旅遊甚至公共運輸上的移動上網。學習型機身設計為筆記本外形,採用標準電腦操作,全面整合學習機、電子辭典、復讀機、點讀機、學生電腦等多種機器功能。特殊用途的筆記本電腦是服務於專業人士,可以在酷暑、嚴寒、低氣壓、高海拔、強輻射、戰爭等惡劣環境下使用的機型,有的較笨重,比如奧運會前期在“華碩珠峰大本營IT服務區”使用的華碩筆記本電腦。

4、掌上電腦(PDA)

掌上電腦是一種運行在嵌入式作業系統和內嵌式套用軟體之上的、小巧、輕便、易帶、實用、價廉的手持式計算設備。它無論在體積、功能和硬體配備方面都比筆記本電腦簡單輕便。掌上電腦除了用來管理個人信息(如通訊錄,計畫等),而且還可以上網瀏覽頁面,收發Email,甚至還可以當作手機來用外,還具有:錄音機功能、英漢漢英詞典功能、全球時鐘對照功能、提醒功能、休閒娛樂功能、傳真管理功能等等。掌上電腦的電源通常採用普通的鹼性電池或可充電鋰電池。掌上電腦的核心技術是嵌入式作業系統,各種產品之間的競爭也主要在此。

在掌上電腦基礎上加上手機功能,就成了智慧型手機(Smartphone)。智慧型手機除了具備手機的通話功能外,還具備了PDA分功能,特別是個人信息管理以及基於無線數據通信的瀏覽器和電子郵件功能。智慧型手機為用戶提供了足夠的螢幕尺寸和頻寬,既方便隨身攜帶,又為軟體運行和內容服務提供了廣闊的舞台,很多增值業務可以就此展開,如股票、新聞、天氣、交通、商品、應用程式下載、音樂圖片下載等等。

5、平板電腦

平板電腦是一款無須翻蓋、沒有鍵盤、大小不等、形狀各異,卻功能完整的電腦。其構成組件與筆記本電腦基本相同,但它是利用觸筆在螢幕上書寫,而不是使用鍵盤和滑鼠輸入,並且打破了筆記本電腦鍵盤與螢幕垂直的J型設計模式。它除了擁有筆記本電腦的所有功能外,還支持手寫輸入或語音輸入,移動性和便攜性更勝一籌。平板電腦由比爾蓋茨提出,至少應該是X86架構,從微軟提出的平板電腦概念產品上看,平板電腦就是一款無須翻蓋、沒有鍵盤、小到足以放入女士手袋,但卻功能完整的PC。

嵌入式

即嵌入式系統(EmbeddedSystems),是一種以套用為中心、以微處理器為基礎,軟硬體可裁剪的,適應套用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬體設備、嵌入式作業系統以及用戶的應用程式等四個部分組成。它是計算機市場中增長最快的領域,也是種類繁多,形態多種多樣的計算機系統。嵌入式系統幾乎包括了生活中的所有電器設備,如掌上pda、計算器、電視機頂盒、手機、數位電視、多媒體播放器、汽車、微波爐、數字相機、家庭自動化系統、電梯、空調、安全系統、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設備、工業自動化儀表與醫療儀器等。

嵌入式系統的核心部件是嵌入式處理器,分成4類,即嵌入式微控制器(MicroContrllerUnit,MCU,俗稱單片機)、嵌入式微處理器(MicroProcessorUnit,MPU)、嵌入式DSP處理器(DigitalSignalProcessor,DSP)和嵌入式片上系統(SystemonChip,SOC)。嵌入式微處理器一般具備4個特點:

1、對實時和多任務有很強的支持能力,能完成多任務並且有較短的中斷回響時間,從而使內部的代碼和實時作業系統的執行時間減少到最低限度;

2、具有功能很強的存儲區保護功能,這是由於嵌入式系統的軟體結構已模組化,而為了避免在軟體模組之間出現錯誤的交叉作用,需要設計強大的存儲區保護功能,同時也有利於軟體診斷;

3、可擴展的處理器結構,以能迅速地擴展出滿足套用的高性能的嵌入式微處理器;

4、嵌入式微處理器的功耗必須很低,尤其是用於攜帶型的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此,功耗只能為mw甚至μw級。

套用領域

信息管理

信息管理是以資料庫管理系統為基礎,輔助管理者提高決策水平,改善運營策略的計算機技術。信息處理具體包括數據的採集、存儲、加工、分類、排序、檢索和發布等一系列工作。信息處理已成為當代計算機的主要任務。是現代化管理的基礎。據統計,80%以上的計算機主要套用於信息管理,成為計算機套用的主導方向。信息管理已廣泛套用與辦公自動化、企事業計算機輔助管理與決策、情報檢索、圖書館裡、電影電視動畫設計、會計電算化等各行各業。

計算機的套用已滲透到社會的各個領域,正在日益改變著傳統的工作、學習和生活的方式,推動著社會的科學計算。科學計算是計算機最早的套用領域,是指利用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數值計算問題。在現代科學技術工作中,科學計算的任務是大量的和複雜的。利用計算機的運算速度高、存儲容量大和連續運算的能力,可以解決人工無法完成的各種科學計算問題。例如,工程設計、地震預測、氣象預報、火箭發射等都需要由計算機承擔龐大而複雜的計算量。

過程控制

過程控制是利用計算機實時採集數據、分析數據,按最優值迅速地對控制對象進行自動調節或自動控制。採用計算機進行過程控制,不僅可以大大提高控制的自動化水平,而且可以提高控制的時效性和準確性,從而改善勞動條件、提高產量及合格率。因此,計算機過程控制已在機械、冶金、石油、化工、電力等部門得到廣泛的套用。

輔助技術

計算機輔助技術包括CAD、CAM和CAI。

1、計算機輔助設計(ComputerAidedDesign,簡稱CAD)

計算機輔助設計是利用計算機系統輔助設計人員進行工程或產品設計,以實現最佳設計效果的一種技術。CAD技術已套用于飛機設計、船舶設計、建築設計、機械設計、大規模積體電路設計等。採用計算機輔助設計,可縮短設計時間,提高工作效率,節省人力、物力和財力,更重要的是提高了設計質量。

2、計算機輔助製造(ComputerAidedManufacturing,CAM)

計算機輔助製造是利用計算機系統進行產品的加工控制過程,輸入的信息是零件的工藝路線和工程內容,輸出的信息是刀具的運動軌跡。將CAD和CAM技術集成,可以實現設計產品生產的自動化,這種技術被成為計算機集成製造系統。有些國家已把CAD和計算機輔助製造(ComputerAidedManufacturing)、計算機輔助測試(ComputerAidedTest)及計算機輔助工程(ComputerAidedEngineering)組成一個集成系統,使設計、製造、測試和管理有機地組成為一體,形成高度的自動化系統,因此產生了自動化生產線和“無人工廠”。

3、計算機輔助教學(ComputerAidedInstruction,簡稱CAI)

計算機輔助教學是利用計算機系統進行課堂教學。教學課件可以用PowerPoint或Flash等製作。CAI不僅能減輕教師的負擔,還能教學內容生動、形象逼真,能夠動態演示實驗原理或操作過程激發學生的學習興趣,提高教學質量,為培養現代化高質量人才提供了有效方法。

翻譯

1947年,美國數學家、工程師沃倫·韋弗與英國物理學家、工程師安德魯·布思提出了以計算機進行翻譯(簡稱“機譯”)的構想,機譯從此步入歷史舞台,並走過了一條曲折而漫長的發展道路。機譯被列為21世紀世界十大科技難題。與此同時,機譯技術也擁有巨大的套用需求。
機譯消除了不同文字和語言間的隔閡,堪稱高科技造福人類之舉。但機譯的譯文質量長期以來一直是個問題,離理想目標仍相差甚遠。中國數學家、語言學家周海中教授認為,在人類尚未明了大腦是如何進行語言的模糊識別和邏輯判斷的情況下,機譯要想達到“信、達、雅”的程度是不可能的。這一觀點恐怕道出了制約譯文質量的瓶頸所在。

多媒體套用

隨著電子技術特別是通信和計算機技術的發展,人們已經有能力把文本、音頻、視頻、動畫、圖形和圖像等各種媒體綜合起來,構成一種全新的概念—“多媒體”(Multimedia)。在醫療、教育、商業、銀行、保險、行政管理、軍事、工業、廣播、交流和出版等領域中,多媒體的套用發展很快。

計算機網路

計算機網路是由一些獨立的和具備信息交換能力的計算機互聯構成,以實現資源共享的系統。計算機在網路方面的套用使人類之間的交流跨越了時間和空間障礙。計算機網路已成為人類建立信息社會的物質基礎,它給我們的工作帶來極大的方便和快捷,如在全國範圍內的銀行信用卡的使用,火車和飛機票系統的使用等。可以在全球最大的網際網路——Internet上進行瀏覽、檢索信息、收發電子郵件、閱讀書報、玩網路遊戲、選購商品、參與眾多問題的討論、實現遠程醫療服務等。

發展趨勢

計算機計算機

隨著科技的進步,各種計算機技術、網路技術的飛速發展,計算機的發展已經進入了一個快速而又嶄新的時代,計算機已經從功能單一、體積較大發展到了功能複雜、體積微小、資源網路化等。計算機的未來充滿了變數,性能的大幅度提高是不可置疑的,而實現性能的飛躍卻有多種途徑。不過性能的大幅提升並不是計算機發展的唯一路線,計算機的發展還應當變得越來越人性化,同時也要注重環保等等。

計算機從出現至今,經歷了機器語言、程式語言、簡單作業系統和Linux、Macos、BSD、Windows等現代作業系統四代,運行速度也得到了極大的提升,第四代計算機的運算速度已經達到幾十億次每秒。計算機也由原來的僅供軍事科研使用發展到人人擁有,計算機強大的套用功能,產生了巨大的市場需要,未來計算機性能應向著微型化、網路化、智慧型化和巨型化的方向發展。

巨型化

巨型化是指為了適應尖端科學技術的需要,發展高速度、大存儲容量和功能強大的超級計算機。隨著人們對計算機的依賴性越來越強,特別是在軍事和科研教育方面對計算機的存儲空間和運行速度等要求會越來越高。此外計算機的功能更加多元化。

微型化

隨著微型處理器(CPU)的出現,計算機中開始使用微型處理器,使計算機體積縮小了,成本降低了。另一方面,軟體行業的飛速發展提高了計算機內部作業系統的便捷度,計算機外部設備也趨於完善。計算機理論和技術上的不斷完善促使微型計算機很快滲透到全社會的各個行業和部門中,並成為人們生活和學習的必須品。四十年來,計算機的體積不斷的縮小,桌上型電腦、筆記本電腦、掌上電腦、平板電腦體積逐步微型化,為人們提供便捷的服務。因此,未來計算機仍會不斷趨於微型化,體積將越來越小。

網路化

網際網路將世界各地的計算機連線在一起,從此進入了網際網路時代。計算機網路化徹底改變了人類世界,人們通過網際網路進行溝通、交流(OICQ、微博等),教育資源共享(文獻查閱、遠程教育等)、信息查閱共享(百度、谷歌)等,特別是無線網路的出現,極大的提高了人們使用網路的便捷性,未來計算機將會進一步向網路化方面發展。

人工智慧化

計算機人工智慧化是未來發展的必然趨勢。現代計算機具有強大的功能和運行速度,但與人腦相比,其智慧型化和邏輯能力仍有待提高。人類不斷在探索如何讓計算機能夠更好的反應人類思維,使計算機能夠具有人類的邏輯思維判斷能力,可以通過思考與人類溝通交流,拋棄以往的依靠通過編碼程式來運行計算機的方法,直接對計算機發出指令。

多媒體化

傳統的計算機處理的信息主要是字元和數字。事實上,人們更習慣的是圖片、文字、聲音、像等多種形式的多媒體信息。多媒體技術可以集圖形、圖像、音頻、視頻、文字為一體,使信息處理的對象和內容更加接近真實世界。

技術結合

計算機微型處理器(CPU)以電晶體為基本元件,隨著處理器的不斷完善和更新換代的速度加快,計算機結構和元件也會發生很大的變化。隨著光電技術、量子技術和生物技術的發展,對新型計算機的發展具有極大的推動作用。

20世紀80年代以來ALU和控制單元(二者合成中央處理器,即CPU)逐漸被整合到一塊積體電路上,稱作微處理器。這類計算機的工作模式十分直觀:在一個時鐘周期內,計算機先從存儲器中獲取指令和數據,然後執行指令,存儲數據,再獲取下一條指令。這個過程被反覆執行,直至得到一個終止指令。由控制器解釋,運算器執行的指令集是一個精心定義的數目十分有限的簡單指令集合。

中國發展

中國現在已成為電子信息產品的製造大國,並逐步確立在全球產業分工體系中的重要地位,中國計算機產業未來將呈現六大發展趨勢。

大容量磁碟、環保型顯示器走向普及;

筆記本顯示器走向兩極分化;

記憶體技術換代,軟碟機退出市場;

無線套用成為主流;

IA伺服器市場份額將進一步提高;

伺服器低端市場區隔化加劇。

相關賽事:8月27日-28日,第12屆湖南大學生電腦程式設計競賽在長沙學院舉行,機器人高爾夫邀請賽為今年新增的競賽項目。

未來

分子

分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息,並以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶,而程式則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環境下,甚至在生物有機體中運行,並能以其它分子形式與外部環境交換。因此它將在醫療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發揮無法替代的作用。分子晶片體積大大減小,而效率大大提高,分子計算機完成一項運算,所需的時間僅為10微微秒,比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量,1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數據。分子計算機消耗的能量非常小,只有電子計算機的十億分之一。由於分子晶片的原材料是蛋白質分子,所以分子計算機既有自我修復的功能,又可直接與分子活體相聯。

量子型

量子計算機是利用原子所具有的量子特性進行信息處理的一種全新概念的計算機。量子理論認為,非相互作用下,原子在任一時刻都處於兩種狀態,稱之為量子超態。原子會鏇轉,即同時沿上、下兩個方向自鏇,這正好與電子計算機0與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起,它們不會像電子計算機那樣進行的線性運算,而是同時進行所有可能的運算,例如量子計算機處理數據時不是分步進行而是同時完成。只要40個原子一起計算,就相當於今天一台超級計算機的性能。量子計算機以處於量子狀態的原子作為中央處理器和記憶體,其運算速度可能比奔騰4晶片快10億倍,就像一枚信息火箭,在一瞬間搜尋整個網際網路,可以輕易破解任何安全密碼,黑客任務輕而易舉,難怪美國中央情報局對它特別感興趣。

光子

1990年初,美國貝爾實驗室製成世界上第一台光子計算機。

光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。光子計算機的基本組成部件是集成光路,要有雷射器、透鏡和核鏡。由於光子比電子速度快,光子計算機的運行速度可高達一萬億次。它的存貯量是現代計算機的幾萬倍,還可以對語言、圖形和手勢進行識別與合成。

許多國家都投入巨資進行光子計算機的研究。隨著現代光學與計算機技術、微電子技術相結合,在不久的將來,光子計算機將成為人類普遍的工具。

納米

納米計算機是用納米技術研發的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米範圍,質地堅固,有著極強的導電性,能代替矽晶片製造計算機。“納米”是一個計量單位,一個納米等於10的(-9)次方米,大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域,最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子,製造出具有特定功能的產品。納米技術正從微電子機械系統起步,把感測器、電動機和各種處理器都放在一個矽晶片上而構成一個系統。套用納米技術研製的計算機記憶體晶片,其體積只有數百個原子大小,相當於人的頭髮絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源,而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。

生物

20世紀80年代以來,生物工程學家對人腦、神經元和感受器的研究傾注了很大精力,以期研製出可以模擬人腦思維、低耗、高效的第六代計算機——生物計算機。用蛋白質製造的電腦晶片,存儲量可以達到普通電腦的10億倍。生物電腦元件的密度比大腦神經元的密度高100萬倍,傳遞信息的速度也比人腦思維的速度快100萬倍。其特點是可以實現分散式聯想記憶.並能在一定程度上模擬人和動物的學習功能。它是一種有知識、會學習、能推理的計算機,具有能理解自然語言、聲音、文字和圖像的能力,並且具有說話的能力,使人機能夠用自然語言直接對話,它可以利用已有的和不斷學習到的知識,進行思維、聯想、推理,並得出結論,能解決複雜問題,具有匯集、記憶、檢索有關知識的能力。

全球著名超級計算機

超級計算機通常是指由數百數千甚至更多的處理器組成的、能計算普通PC機和伺服器不能完成的大型複雜課題的計算機。

超級計算機具有很強的計算和處理數據的能力,主要特點表現為高速度和大容量。

名稱

所屬國家

所處位置

排名

配置

泰坦超級計算機

美國

田納西州橡樹嶺國家實驗室

2012第1名

200個機櫃、18688個節點,AMD Opteron 6274處理器,700TB記憶體

紅杉超級計算機

美國

勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室

2012第2名

96個機櫃,160萬個處理器,1.6TB記憶體

京超級計算機

日本

神戶理化學研究所

2012第3名

68544顆八核心SPARC64CPU,548352個核心

天河一號超級計算機

中國

天津國家超級計算機中心

2012第8名,2011第2名,2010第1名,2009第5名

103個機櫃,1024個節點,262TB記憶體,2PB存儲量

曙光星雲超級計算機

中國

深圳國家超級計算機中心

2011第4名

4640個計算單元,9280顆通用CPU,4640顆專用GPGPU

美洲虎超級計算機

美國

田納西州橡樹嶺國家實驗室

2011第3名,2009第1名

180000個處理器,32TB記憶體,10PB檔案系統,45000個晶片

走鵑超級計算機

美國

紐約波基普西的實驗室

2009第2名

3456個節點,80TB記憶體,57英里光纖

海妖超級計算機

美國

田納西大學國家計算科學研究院

2009第3名

10萬個AMD雙核皓龍處理器

對人類生活最有影響的偉大發明

對人類生活的正面影響。

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