1.1　　计算机概述

1.1.1　计算机发展历史

1946年2月14日，由美国军方定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”（Electronic Numerical Integrator And Calculator，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学问世。ENIAC（埃尼阿克）是美国奥伯丁武器试验场为了满足弹道计算需要而研制的。ENIAC的问世具有划时代的意义，表明电子计算机时代的到来。

1952年正式投入运行的第一台具有内部存储程序功能的计算机EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，离散变量自动电子计算机），实现了冯·诺依曼（John von Neumann）的计算机构想。EDVAC采用了二进制和存储器，其硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备5部分组成。这就是人们通常所说的冯·诺依曼型计算机，其主要特点是采用二进制代码表示数据和指令，并提出了“程序存储”的概念，从而奠定了现代计算机的基础，现代计算机基本上仍然采用的是存储程序结构，即冯·诺依曼结构。

第1代：电子管数字计算机（1946—1958年）。

在硬件方面，逻辑元件采用的是真空电子管，主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁心；外存储器采用的是磁带。程序设计语言主要为机器语言。应用领域以军事和科学计算为主。

特点是体积大、功率高、可靠性差、速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。

典型的计算机有ENIAC和EDVAC。

第2代：晶体管数字计算机（1958—1964年）。

在硬件方面，逻辑元件采用晶体管，相比于电子管，晶体管具有体积小、重量轻、发热少、速度快、寿命长等优点。主存储器采用磁心存储器；外存采用磁盘和磁带。提出了操作系统的概念，程序设计更多采用汇编语言，出现COBOL、FORTRAN等计算机语言。应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。

特点是体积缩小，能耗降低，可靠性提高，运算速度提高（一般为每秒数10万次，最高可达300万次），性能比第1代计算机有很大的提高。

典型的计算机有TRADIC、IBM 1401等，TRADIC是IBM公司制造的第一台使用晶体管的计算机，增加了浮点运算，使计算能力有了很大提高。

第3代：集成电路数字计算机（1964—1970年）。

在硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路，主存储器仍采用磁心；外存采用半导体存储器，容量进一步提高。出现分时操作系统，高级语言进一步发展，出现结构化、规模化程序设计方法。

特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始广泛进入文字处理、图形图像处理、企业管理、辅助设计等各个领域。

第4代：大规模集成电路计算机（1970年至今）。

在硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路，出现了微处理器，引入光盘后存储容量进一步扩大，出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。计算机在办公自动化、数据库管理、图像处理、语音识别和专家系统等领域发展很快，应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。

1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。

1.1.2　计算机的定义及分类

计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。计算机在处理信息上，具有运算速度快、计算精度高、存储容量大、逻辑运算能力强、自动化程度高、通用性强、可靠性高等特点。

计算机种类很多，可以从不同的角度对计算机进行分类。

1.按照信息的表示分类

（1）模拟计算机

模拟计算机用连续变化模拟量即电压来表示信息，其基本运算部件由运算放大器构成的微分器、积分器、通用函数运算器等运算电路组成。模拟计算机解题速度极快，但精度不高、信息不易存储、通用性差，它一般用于解微分方程或自动控制系统设计中的参数模拟。

（2）数字计算机

数字计算机用不连续的数字量即“0”和“1”来表示信息，其基本运算部件是数字逻辑电路。数字计算机运算精度高、存储量大、通用性强，能胜任科学计算、信息处理、实时控制、智能模拟等方面的工作。人们常说的计算机就是指数字计算机。

（3）数模混合计算机

数模混合计算机是综合了数字和模拟计算机的优点设计出来的，它既能处理数字量又能处理模拟量，但是这种计算机结构复杂，设计困难。

2.按应用范围分类

（1）专用计算机

专用计算机是为解决一个或一类特定问题而设计的计算机，其硬件和软件配置依据特定问题的需要而定，并不求全。专用计算机功能单一，配有解决特定问题的固定程序，能高速、可靠地解决特定问题。一般在过程控制（如智能仪表、飞机的自动控制、导弹的导航系统等）中使用此类计算机。

（2）通用计算机

通用计算机能解决各种问题，具有较强的通用性，有一定的运算速度和存储容量，带有通用的外围设备，配有各种系统软件和应用软件。数字计算机多属于此类，一般适用于科学计算、工程设计和数据处理等。

3.按规模和处理能力分类

（1）巨型机

巨型机（Super Computer）通常都是最大、最快、最贵的计算机。巨型机一般应用在国防和尖端科学领域。目前，巨型机主要应用在战略武器（例如核武器和反导弹武器）的设计、空间技术、石油勘探、长期天气预报以及社会模拟等领域。世界上只有少数几个国家能生产巨型机，著名的巨型机如美国的克雷系列（Gray-1，Gray-2，Gray-3，Cray-4等）、我国自行研制的银河系列（银河-I，银河-II，银河-III等）。

（2）大型机

大型机（Mainframe）包括通常所说的大、中型计算机是微机出现之前最主要的计算模式，即把大型主机放在计算中心的玻璃房中，用户要上机就必须去计算中心的“端”上工作。大型机经历了批处理阶段、分时处理阶段、分散处理和集中管理阶段等。IBM公司一直在大型主机市场上处于霸主地位，DEC、富士通、日立、NEC也生产大型机。随着微机和网络的迅速发展，大型机正在走下坡路，计算中心的大型机正在被高档微机群取代。

（3）小型机

由于大型机价格昂贵、操作复杂，只有大型企事业单位才能买得起。在集成电路推动下，20世纪60年代DEC推出一系列小型机（Mini Computer），如PDP-11系列、VAX-11系列。另外，HP的1000和3000系列、IBM的AS/400、我国的太极系列都是小型机的代表。小型计算机一般为中小企事业单位或某个部门使用，例如高等院校的计算机中心以一台或多台小型机为主机，配以几十台甚至上百台终端机，满足学生学习程序设计课程或从事科学研究的需要。其运算速度和存储容量都比不上大型机。

（4）微机

微机（Microcomputer）也称个人计算机（Personal Computer，PC），是目前发展最快的领域，根据其使用的微处理器芯片不同而分为若干类型：Intel芯片386、486、奔腾系列、酷睿系列等，IBM PC及兼容机；PowerPC芯片的Macintosh；DEC公司的Alpha芯片的计算机等。

PC特点是轻、小、价廉、易用，不需要共享其他计算机的处理器、磁盘和打印机等资源也可以独立工作。从台式机（或称台式计算机、桌面电脑）、笔记本电脑到上网本、平板电脑、超级本等都属于个人计算机的范畴。随着智能手机和平板电脑的普及，绝大多数人可能更青睐触动手指即可完成的办公娱乐方式。

（5）智能手机

智能手机是指像微机（PC）一样，具有独立的操作系统，独立的存储空间，可以由用户自行安装应用软件，并可以通过移动通信网络接入Internet，因此，运算能力及功能均优于传统手机。智能手机常用的移动操作系统包括谷歌（Google）公司的Android系统和苹果（Apple）公司的iOS系统等。

IC3样题　1-1

智能手机可从（　）接收指令。（选择两项）

A.用户

B.存储器

C.电源

D.其他计算机系统

试题分析：正确答案是A和D。干扰项B包括运行内存（相当于微机的内存）和机身内存（相当于微机的外存），都不具有发出指令的功能。当智能手机与计算机系统通过有线或无线方式连接后，可以接收用户通过计算机系统发出的指令，例如升级应用软件、备份通讯录等。

IC3样题　1-2

以下关于SMS的叙述正确的是（　）。（选择两项）

A.用于发送篇幅较长的消息

B.用于发送篇幅简短的消息

C.用于在交换机之间发送消息

D.用于在移动电话间发送消息

试题分析：正确答案是B和D。SMS（Short Message Service，短信息服务）是一种存储转发服务，用于在移动电话间发送消息。由于移动互联网的快速发展，SMS使用频率逐渐在缩小，大多数情况下用于重要的场景，例如在线支付验证短信、银行服务短信等。

（6）工作站

工作站（Work Station）是介于PC和小型机之间的一种高档微型机。一般用于专门处理某类特殊事物，工作站通常配有高端CPU、高分辨率大屏幕显示器、大容量内外存储器，具有较强的数据处理能力和高性能图形功能，主要用于图像处理、计算机辅助设计（CAD）等领域。例如，图形工作站一般包括主机、数字化仪、扫描仪、鼠标器、图形显示器、绘图仪和图形处理软件等。工作站可以完成对各种图形与图像的输入、存储、处理和输出等操作。

（7）服务器

随着计算机网络的发展，一种可供网络用户共享的、高性能的计算机应运而生，即服务器（Server）。

服务器的构成包括高性能处理器、大容量硬盘和内存、高速系统总线和丰富的外围设备等，与通用的计算机架构类似，但由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

在网络环境下，根据服务器提供的服务类型不同，分为文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器、Web服务器等。

目前，微型计算机与工作站、小型计算机乃至大型机之间的界限已经越来越模糊。无论按哪一种方法分类，各类计算机之间的主要区别是运算速度、存储容量及计算机体积等。

1.1.3　计算机主要应用

1.科学计算（或称数值计算）

早期的计算机主要用于科学计算。现在，科学计算仍然是计算机应用的一个重要领域，如高能物理、工程设计、地震预测、气象预报、航天技术等。由于计算机具有高运算速度和精度以及逻辑判断能力，因此出现了计算力学、计算物理、计算化学、生物控制论等新的学科。

2.过程检控

利用计算机对工业生产过程中的某些信号自动进行检测，并把检测到的数据存入计算机，再根据需要对这些数据进行处理，这样的系统称为计算机检测系统。特别是仪器仪表引进计算机技术后所构成的智能化仪器仪表，将工业自动化推向了一个更高的水平。

3.信息管理（或称数据处理）

信息管理是目前计算机应用最广泛的一个领域。利用计算机来加工、管理与操作任何形式的数据资料，如企业管理、物资管理、报表统计、账目计算、信息情报检索、办公自动化等。国内许多机构纷纷建设自己的管理信息系统（MIS），生产企业也开始采用制造资源规划软件（MRP），商业流通领域则逐步使用电子信息交换系统（EDI），即所谓的无纸贸易。

4.辅助系统

计算机辅助设计、制造、测试（CAD、CAM、CAT）是用计算机辅助进行工程设计、产品制造、性能测试。

5.人工智能

人工智能是开发一些具有人类某些智能的应用系统，用计算机来模拟人的思维判断、推理等智能活动，使计算机具有自学习适应和逻辑推理的功能，如计算机视觉、指纹识别、人脸识别、视网膜识别、虹膜识别、掌纹识别、专家系统、自动规划、智能搜索、定理证明、博弈、自动程序设计、智能控制、语言和图像理解等，帮助人们学习和完成某些推理工作。