1.1　　計算機概述

1.1.1　計算機發展歷史

1946年2月14日，由美國軍方定制的世界上第一臺電子計算機“電子數字積分計算機”（Electronic Numerical Integrator And Calculator，ENIAC）在美國賓夕法尼亞大學問世。ENIAC（埃尼阿克）是美國奧伯丁武器試驗場為了滿足彈道計算需要而研制的。ENIAC的問世具有劃時代的意義，表明電子計算機時代的到來。

1952年正式投入運行的第一臺具有內部存儲程序功能的計算機EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，離散變量自動電子計算機），實現了馮·諾依曼（John von Neumann）的計算機構想。EDVAC采用了二進制和存儲器，其硬件系統由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設備5部分組成。這就是人們通常所說的馮·諾依曼型計算機，其主要特點是采用二進制代碼表示數據和指令，并提出了“程序存儲”的概念，從而奠定了現代計算機的基礎，現代計算機基本上仍然采用的是存儲程序結構，即馮·諾依曼結構。

第1代：電子管數字計算機（1946—1958年）。

在硬件方面，邏輯元件采用的是真空電子管，主存儲器采用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁心；外存儲器采用的是磁帶。程序設計語言主要為機器語言。應用領域以軍事和科學計算為主。

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

典型的計算機有ENIAC和EDVAC。

第2代：晶體管數字計算機（1958—1964年）。

在硬件方面，邏輯元件采用晶體管，相比于電子管，晶體管具有體積小、重量輕、發熱少、速度快、壽命長等優點。主存儲器采用磁心存儲器；外存采用磁盤和磁帶。提出了操作系統的概念，程序設計更多采用匯編語言，出現COBOL、FORTRAN等計算機語言。應用領域以科學計算和事務處理為主，并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，最高可達300萬次），性能比第1代計算機有很大的提高。

典型的計算機有TRADIC、IBM 1401等，TRADIC是IBM公司制造的第一臺使用晶體管的計算機，增加了浮點運算，使計算能力有了很大提高。

第3代：集成電路數字計算機（1964—1970年）。

在硬件方面，邏輯元件采用中、小規模集成電路，主存儲器仍采用磁心；外存采用半導體存儲器，容量進一步提高。出現分時操作系統，高級語言進一步發展，出現結構化、規模化程序設計方法。

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。應用領域開始廣泛進入文字處理、圖形圖像處理、企業管理、輔助設計等各個領域。

第4代：大規模集成電路計算機（1970年至今）。

在硬件方面，邏輯元件采用大規模和超大規模集成電路，出現了微處理器，引入光盤后存儲容量進一步擴大，出現了數據庫管理系統、網絡管理系統和面向對象語言等。計算機在辦公自動化、數據庫管理、圖像處理、語音識別和專家系統等領域發展很快，應用領域從科學計算、事務管理、過程控制逐步走向家庭。

1971年世界上第一臺微處理器在美國硅谷誕生，開創了微型計算機的新時代。

1.1.2　計算機的定義及分類

計算機是一種能按照事先存儲的程序，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能電子裝置。計算機在處理信息上，具有運算速度快、計算精度高、存儲容量大、邏輯運算能力強、自動化程度高、通用性強、可靠性高等特點。

計算機種類很多，可以從不同的角度對計算機進行分類。

1.按照信息的表示分類

（1）模擬計算機

模擬計算機用連續變化模擬量即電壓來表示信息，其基本運算部件由運算放大器構成的微分器、積分器、通用函數運算器等運算電路組成。模擬計算機解題速度極快，但精度不高、信息不易存儲、通用性差，它一般用于解微分方程或自動控制系統設計中的參數模擬。

（2）數字計算機

數字計算機用不連續的數字量即“0”和“1”來表示信息，其基本運算部件是數字邏輯電路。數字計算機運算精度高、存儲量大、通用性強，能勝任科學計算、信息處理、實時控制、智能模擬等方面的工作。人們常說的計算機就是指數字計算機。

（3）數模混合計算機

數模混合計算機是綜合了數字和模擬計算機的優點設計出來的，它既能處理數字量又能處理模擬量，但是這種計算機結構復雜，設計困難。

2.按應用范圍分類

（1）專用計算機

專用計算機是為解決一個或一類特定問題而設計的計算機，其硬件和軟件配置依據特定問題的需要而定，并不求全。專用計算機功能單一，配有解決特定問題的固定程序，能高速、可靠地解決特定問題。一般在過程控制（如智能儀表、飛機的自動控制、導彈的導航系統等）中使用此類計算機。

（2）通用計算機

通用計算機能解決各種問題，具有較強的通用性，有一定的運算速度和存儲容量，帶有通用的外圍設備，配有各種系統軟件和應用軟件。數字計算機多屬于此類，一般適用于科學計算、工程設計和數據處理等。

3.按規模和處理能力分類

（1）巨型機

巨型機（Super Computer）通常都是最大、最快、最貴的計算機。巨型機一般應用在國防和尖端科學領域。目前，巨型機主要應用在戰略武器（例如核武器和反導彈武器）的設計、空間技術、石油勘探、長期天氣預報以及社會模擬等領域。世界上只有少數幾個國家能生產巨型機，著名的巨型機如美國的克雷系列（Gray-1，Gray-2，Gray-3，Cray-4等）、我國自行研制的銀河系列（銀河-I，銀河-II，銀河-III等）。

（2）大型機

大型機（Mainframe）包括通常所說的大、中型計算機是微機出現之前最主要的計算模式，即把大型主機放在計算中心的玻璃房中，用戶要上機就必須去計算中心的“端”上工作。大型機經歷了批處理階段、分時處理階段、分散處理和集中管理階段等。IBM公司一直在大型主機市場上處于霸主地位，DEC、富士通、日立、NEC也生產大型機。隨著微機和網絡的迅速發展，大型機正在走下坡路，計算中心的大型機正在被高檔微機群取代。

（3）小型機

由于大型機價格昂貴、操作復雜，只有大型企事業單位才能買得起。在集成電路推動下，20世紀60年代DEC推出一系列小型機（Mini Computer），如PDP-11系列、VAX-11系列。另外，HP的1000和3000系列、IBM的AS/400、我國的太極系列都是小型機的代表。小型計算機一般為中小企事業單位或某個部門使用，例如高等院校的計算機中心以一臺或多臺小型機為主機，配以幾十臺甚至上百臺終端機，滿足學生學習程序設計課程或從事科學研究的需要。其運算速度和存儲容量都比不上大型機。

（4）微機

微機（Microcomputer）也稱個人計算機（Personal Computer，PC），是目前發展最快的領域，根據其使用的微處理器芯片不同而分為若干類型：Intel芯片386、486、奔騰系列、酷睿系列等，IBM PC及兼容機；PowerPC芯片的Macintosh；DEC公司的Alpha芯片的計算機等。

PC特點是輕、小、價廉、易用，不需要共享其他計算機的處理器、磁盤和打印機等資源也可以獨立工作。從臺式機（或稱臺式計算機、桌面電腦）、筆記本電腦到上網本、平板電腦、超級本等都屬于個人計算機的范疇。隨著智能手機和平板電腦的普及，絕大多數人可能更青睞觸動手指即可完成的辦公娛樂方式。

（5）智能手機

智能手機是指像微機（PC）一樣，具有獨立的操作系統，獨立的存儲空間，可以由用戶自行安裝應用軟件，并可以通過移動通信網絡接入Internet，因此，運算能力及功能均優于傳統手機。智能手機常用的移動操作系統包括谷歌（Google）公司的Android系統和蘋果（Apple）公司的iOS系統等。

IC3樣題　1-1

智能手機可從（　）接收指令。（選擇兩項）

A.用戶

B.存儲器

C.電源

D.其他計算機系統

試題分析：正確答案是A和D。干擾項B包括運行內存（相當于微機的內存）和機身內存（相當于微機的外存），都不具有發出指令的功能。當智能手機與計算機系統通過有線或無線方式連接后，可以接收用戶通過計算機系統發出的指令，例如升級應用軟件、備份通訊錄等。

IC3樣題　1-2

以下關于SMS的敘述正確的是（　）。（選擇兩項）

A.用于發送篇幅較長的消息

B.用于發送篇幅簡短的消息

C.用于在交換機之間發送消息

D.用于在移動電話間發送消息

試題分析：正確答案是B和D。SMS（Short Message Service，短信息服務）是一種存儲轉發服務，用于在移動電話間發送消息。由于移動互聯網的快速發展，SMS使用頻率逐漸在縮小，大多數情況下用于重要的場景，例如在線支付驗證短信、銀行服務短信等。

（6）工作站

工作站（Work Station）是介于PC和小型機之間的一種高檔微型機。一般用于專門處理某類特殊事物，工作站通常配有高端CPU、高分辨率大屏幕顯示器、大容量內外存儲器，具有較強的數據處理能力和高性能圖形功能，主要用于圖像處理、計算機輔助設計（CAD）等領域。例如，圖形工作站一般包括主機、數字化儀、掃描儀、鼠標器、圖形顯示器、繪圖儀和圖形處理軟件等。工作站可以完成對各種圖形與圖像的輸入、存儲、處理和輸出等操作。

（7）服務器

隨著計算機網絡的發展，一種可供網絡用戶共享的、高性能的計算機應運而生，即服務器（Server）。

服務器的構成包括高性能處理器、大容量硬盤和內存、高速系統總線和豐富的外圍設備等，與通用的計算機架構類似，但由于需要提供高可靠的服務，因此在處理能力、穩定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面要求較高。

在網絡環境下，根據服務器提供的服務類型不同，分為文件服務器、數據庫服務器、應用程序服務器、Web服務器等。

目前，微型計算機與工作站、小型計算機乃至大型機之間的界限已經越來越模糊。無論按哪一種方法分類，各類計算機之間的主要區別是運算速度、存儲容量及計算機體積等。

1.1.3　計算機主要應用

1.科學計算（或稱數值計算）

早期的計算機主要用于科學計算。現在，科學計算仍然是計算機應用的一個重要領域，如高能物理、工程設計、地震預測、氣象預報、航天技術等。由于計算機具有高運算速度和精度以及邏輯判斷能力，因此出現了計算力學、計算物理、計算化學、生物控制論等新的學科。

2.過程檢控

利用計算機對工業生產過程中的某些信號自動進行檢測，并把檢測到的數據存入計算機，再根據需要對這些數據進行處理，這樣的系統稱為計算機檢測系統。特別是儀器儀表引進計算機技術后所構成的智能化儀器儀表，將工業自動化推向了一個更高的水平。

3.信息管理（或稱數據處理）

信息管理是目前計算機應用最廣泛的一個領域。利用計算機來加工、管理與操作任何形式的數據資料，如企業管理、物資管理、報表統計、賬目計算、信息情報檢索、辦公自動化等。國內許多機構紛紛建設自己的管理信息系統（MIS），生產企業也開始采用制造資源規劃軟件（MRP），商業流通領域則逐步使用電子信息交換系統（EDI），即所謂的無紙貿易。

4.輔助系統

計算機輔助設計、制造、測試（CAD、CAM、CAT）是用計算機輔助進行工程設計、產品制造、性能測試。

5.人工智能

人工智能是開發一些具有人類某些智能的應用系統，用計算機來模擬人的思維判斷、推理等智能活動，使計算機具有自學習適應和邏輯推理的功能，如計算機視覺、指紋識別、人臉識別、視網膜識別、虹膜識別、掌紋識別、專家系統、自動規劃、智能搜索、定理證明、博弈、自動程序設計、智能控制、語言和圖像理解等，幫助人們學習和完成某些推理工作。