1.1.3 计算机的分类
目前,世界上流行着多种计算机,不同的计算机具有不同的用途,虽然它们本质上都是基于同一种技术,但是还有很多明显的差别。另外,由于计算机技术发展很快,不同类型计算机之间的划分标准也是经常变化的。计算机有多种分类方法,最常见的有两种方法:一是按其内部逻辑结构进行分类,如16位、32位或64位计算机等;二是按计算机的规模以及性能指标(如运算速度等)进行分类,通常把计算机分成下面五大类。
1. 巨型计算机
巨型计算机(Supercomputer)也称为超级计算机,它采用大规模并行处理的体系结构,通常包含数以千万计的CPU。它有极强的运算处理能力,运算速度达到每秒千万亿次浮点运算(这里1次的概念是指处理器执行最简单的操作,例如把一个数存储在计数器里,比较两个数等)。巨型计算机主要用于军事(如核武器和反导系统)、空间技术、长期天气预报、石油探测、生物信息处理等尖端科学领域。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(Cray-1、Cray-2、Cray-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)、“曙光”系列(曙光2000-I、曙光2000-II等)和神威·太湖之光等。
2. 大型计算机
大型计算机(Mainframe)指速度快、存储容量大、通信连网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机,通常含有几十个甚至更多个CPU。它可以同时运行多个操作系统,因此不像是一台计算机而更像是多台虚拟机,因而可以替代多台普通的服务器。一般用于为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理,承担主要服务器(企业级服务器)的功能,在信息系统中起到核心作用。它可以同时为许多用户执行信息处理任务,即使同时有几百个甚至上千个用户递交处理请求,其响应速度快得能让每个用户感觉好像只有他一个人在使用计算机一样。IBM一直在大型机市场处于霸主地位,DEC、富士通、日立、NEC也生产大型机。随着微机与网络的迅速发展,大型机正在走下坡路,目前许多计算中心的大型机逐渐被高档微机群取代。
3. 服务器
服务器(Server)原本只是一个逻辑上的概念,指的是网络中专门为其他计算机提供资源和服务的那些计算机及相关软件,巨、大、中、小、微各种计算机原理上都可以作为服务器使用。但由于服务器往往需要具有较强的计算能力、高速的网络通信和良好的多任务处理功能,因此计算机生产厂商专门开发了用作服务器的一类计算机产品。与普通的PC相比,服务器需要连续工作在7×24小时的环境中,对可靠性、稳定性和安全性等要求更高。
根据不同的计算能力,服务器又分为工作组级服务器(家用服务器)、部门级服务器和企业级服务器。
4. 个人计算机
个人计算机(Personal Computer,PC)也称个人电脑或微型计算机。它们是20世纪80年代初随着单片微处理器的出现而开发成功的。个人计算机的特点是体积小巧,结构精简(主机与外设组合在一起),功能丰富,使用方便,通常由个人操作使用,并由此而得名。
个人计算机分成台式机和便携机(笔记本电脑、平板电脑)两大类,前者在办公室或家庭中使用,后者体积小、重量轻,便于外出携带,性能接近台式机,但价格稍高。近两年开始流行一些更小更轻的超级便携式计算机,称为“平板电脑”(如苹果公司的iPad)、智能手机等。它们采用多点触摸屏进行操作,功能多样,有通用性,能无线上网,大多作为互联网的移动终端设备使用,人们可随身携带作为通信、工作和娱乐的工具。平板电脑和智能手机的发展势头良好,仅平板电脑2013年全球出货量就高达2.171亿台,到2017年,平板电脑出货量估计将超过台式计算机和笔记本电脑出货量总和。
需要注意的是,由于平板计算机和智能手机的软硬件结构、配置和应用有许多新的特点,虽然它们也是个人计算机的一个品种,但人们在很多场合提及PC时,往往专指那些使用微软公司Windows操作系统和Intel或AMD公司CPU芯片的台式机和笔记本电脑。
5. 嵌入式计算机
嵌入式计算机是用于执行特定功能的计算机,这个术语是因为第一台执行特定功能的计算机被物理地嵌入了设备中而得名的。嵌入式计算机的集成度很高,在一块单板上集成主板、CPU、内存,甚至是硬盘等。程序固化在ROM中,而且把存储器、输入/输出控制与接口电路等也都集成在芯片中,甚至把电子系统的模拟电路、数字/模拟混合电路和无线通信使用的射频电路等也都集成在单个芯片中,这样的超大规模集成电路称为SoC(System on Chip),国内称为片上系统或系统级芯片。
现在,片上系统(SoC)已经成为嵌入式计算机的核心。与前面介绍的通用计算机不同,嵌入式计算机是内嵌在其他设备中的专用计算机,它们安装在手机、数码相机、MP3播放器、计算机外围设备、电视机机顶盒、汽车和空调等产品中,执行着特定的任务,但由于用户并不直接与计算机接触,因此它们的存在往往并不被人们所知晓。
嵌入式计算机促进了各种各样电子消费产品的发展和更新换代,如手表、手机、玩具、游戏机、照相机、音响、录放像机、微波炉等。嵌入式计算机也被广泛应用于工业和军事领域,如机器人、数控机床、汽车、导弹、航天器等。实际上,嵌入式计算机是计算机市场中增长最快的部分。世界上90%的计算机(微处理器)都以嵌入方式在各种设备里运行。以汽车为例,一辆汽车中有几十甚至上百个嵌入式计算机在工作,它们的计算能力加起来可能比一台普通商用计算机的计算能力更强。