计算机分类巨型机微机概念

计算机的发展概况

一.计算机的发展史

计算机是一种能存储程序并按照程序自动执行的电子设备。它的发明是20世纪的重大科技成果之一，对整个人类社会和科学技术的发展产生了深远的影响，标志着信息时代的开始。

自1946年第一台电子计算机诞生以来，经过短短半个世纪的发展，计算机已成为各行各业必不可少的一种基本工具，计算机与信息处理知识已成为人们必修的一门基础文化课。

1.现代计算机（即传统大型机）的发展

现代计算机经历了半个多世纪的发展，这一时期的杰出代表人物是英国科学家图灵和美籍匈牙利科学家冯·诺依曼。图灵对现代计算机的贡献主要是：建立了图灵机的理论模型，发展了可计算性理论；提出了定义机器智能的图灵测试。冯·诺依曼的贡献主要是：确立了现代计算机的基本结构，即冯.诺依曼结构。其特点可概括为：存储程序和过程控制。具体地说，首先必须把事先编好的程序及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中，即存储程序；然后把程序的第一条指令存放的存储地址送入程序计数器PC中，启动运行后，计算机就能自动地逐一取出程序中的一条条指令，加以分析并执行所规定的操作，使计算机按程序的规定运行，即过程控制。

现代计算机主要是依据计算机所采用的电子器件来划分的，这就是人们通常所说的电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模集成电路等四代。

1）第一代计算机（1946～1957年）

世界上第一台电子计算机ENIAC （ElectronicNumericalIntegratorAndCa1cu1ator）是由美国宾夕法尼亚大学物理教授约翰?威廉?莫克利（JohnwilliamMauchly）和工程师J.P埃克特（J．PresperEckert）研制成功的，于1945年12月投入运行，1946年2月15日正式交付使用。该机使用了18800多个电子管、6000个继电器、7000只电阻、1000只电容，重30吨，占地约170平方米，运算速度每秒5000次加法。

在这一时期，计算机的基本电子组件是电子管，体积庞大、可靠性差、功

耗高、内存容量小，所用程序设计语言为机器语言和汇编语言，操作繁琐，运算速度慢。

2）第二代计算机（1957～1964年）

在这一时期，计算机逻辑元器件为晶体管。因此，使得计算机的体积、重量及功耗、都大为减小，而可靠性和运算速度却大为提高，内存容量增加。这一时期出现了Fortran、A1go1、Basic、Cobo1、Lisp等高级语言，使得程序设计变得方便、快速和简捷，程序的可读性强，可维护性提高，交流方便，使计算机应用领域得到扩大。计算机不仅用于科学计算，而且也开始在数据处理和实时控制诸领域得到广泛的应用。

3）第三代计算机（1965～1972年）

这时的计算机所用元器件由集成电路取代了晶体管。计算机的体积与重量进一步减小，内存由于用半导体存储器取代了磁芯，容量大幅度地增加，功耗更小，计算机的可靠性更高，功能更强，寿命更长，运算速度进一步提高。此时，计算机开始系列化，出现了系列机，例如，IBM系列机。与此同时，出现了计算机网络。软件也得到很大的发展，操作系统在规模、功能和复杂性等方面都较以前取得很大的进展。同时期出现的结构化程序设计方法，提高了软件的开发质量。

4）第四代计算机（1972～）

由于超大规模集成电路（VLSI）技术取得了长足进展，计算机的逻辑元器件用VLSI取代了小规模集成电路，计算机的性能价格比又有了很大的提高。计算机的运算速度可达到每秒百万次以上，有的高达零秒亿次以上。计算机软件又取得进一步的发展。UNIX操作系统从实验室走向社会，Pasca1、Pro1og和C一些著名的程序设计语言与FoxBASE数据库管理系统等相继问世，大大推动了软件的开发，许多应用软件如人工智能、专家系统、图像处理和办公室自动化等领域中的软件如雨后春笋般地不断涌现，大大推动了其它部门技术的发展。

尽管人们早已习惯于谈论第五代、第六代计算机了，但是学术界、工业界认为还是不提第五代计算机为好，用“新一代计算机”或“未来型计算机”说法比较科学。一些专家认为新一代计算机应当具有知识表示和推理能力，可以模拟或部分替代人脑的智能活动的能力，具有人机自然通信的能力。究竟什么样的计

算机是“新一代计算机”还存在一些争论。欧美和日本一些发达国家自80年代就已开始进行新一代计算机的研制工作，到目前尚未见到有突破性的进展。

2.我国计算机的发展概况

新中国成立后，对科学技术的发展给予了极大的关注。从1953年就对计算机的研制工作给予了注意。在1956年全国第一次科学技术大会上，将计算机技术、半导体技术、自动化技术电子学列为《1956~1967年科学技术发展远景规划纲要》中四个必须抓的项目，成立了以华罗庚为主任的中国科学院计算技术研究所筹委会。经过短短两年的努力，于1958年8月1日诞生了我国第一台电子计算机──103机，又称八一型计算机。于1964年推出了108乙、109乙等一批晶体管计算机。1971年研制成功我国第三代集成电路计算机，如150计算机、TQ-16计算机等。1983年我国又研制成功大型向量计算机一757，向量运算达每秒1

千万次以上。同年12月，亿次巨型向量机银河计算机由国防科技大学研制成功。1992年11月19日每秒10亿次的银河一Ⅱ计算机通过国家鉴定。1993年6月22日，每秒执行6000万条指令的银河全数字仿真计算机通过国家鉴定。1997

年6月19日每秒百亿次的银河一Ⅲ计算机也通过国家鉴定。这些成就，标志着我国计算机技术已开始挤身世界强国之列。

二.计算机的特点

计算机作为一种通用的智能工具，它具有以下几个特点：

1.运算速度快

巨型计算机系统的运算速度已达每秒几十亿次乃至几百亿次，微型计算机的速度也已达到每秒几百万指令（MPS）。量复杂的科学计算过去人工需要几年、几十年，而现在用计算机只需要几

天或几个小时甚至几分钟就可完成。

2.运算精度高

由于计算机内采用二进制数字进行运算，因此可以用增加表示数字的设备和运用计算技巧，使数值计算的精度越来越高。例如对圆周率p的计算，数学家们经过长期艰苦的努力只算到了小数点后500位，而使用计算机很快就算到了小数点后200万位。

3.具有记忆功能和逻辑判断功能

计算机有存储器，可以存储大量的数据，随着存储容量的不断增大，可存储记忆的信息量也越来越大。计算机程序加工的对象不只是数值量，还可以包括形式和内容十分丰富多样的各种信息，如语言、文字、图形、图像、音乐等。编码技术使计算机既可以进行算术运算又可以进行逻辑运算，可以对语言、文字、符号、大小、异同等进行比较、判断、推理和证明，从而极大地扩大了计算机的应用范围。

三.计算机的分类

1.按计算机中信息的表示形式和处理方式分

按计算机中信息的表示形式和处理方式分，可将计算机分为模拟式、数字式、和数字模拟混合式三类。模拟式电于计算机中的信息形式是连续变化的量——电压。其基本运算部件是由运算放大器构成的积分器、微分器和通用函数运算器等电路组成。速度快、但精度差、编排复杂、信息不易存储且通用性不强，一般用于解微分方程和自动控制系统设计中的参数模拟。数字式电子计算机中的所有信息都是由“0”和“1”这两个不连续的数字量构成的二进制形式，基本运算部件是由数字逻辑电路组成的算术逻辑部件。它可以对数字量进行算术逻辑运算，精度高，信息便于大量存储。是通用性很强、目前普遍使用的一类计算机，也是我们要学习的一类计算机。数字模拟混合式电子计算机是综合了上述两种计算机的长处设计出来的。既能处理数字量，也能处理模拟量。但是，其结构复杂，设计困难，难得一见。

2.按计算机的用途分

按用途可将计算机分为通用机和专用机。通用机配有通用的外围设备，功能较齐全的系统软件、应用软件，具有较强的通用性，能解决多种类型问题。一般数字式电子计算机属于此类。专用机是为解决某一特定问题而设计的。它的硬件和软件就是为解决该问题而配置的，功能较为单一。

3.按计算机的规模分

按计算机的规模通常将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机。国际上流行将计算机分为六大类：巨型机、大型主机、小型机、个人机、工作站、小巨型机。本书采用后一种分类方法。

1）巨型机（SuperComputer）

巨型机通常是指速度最快（运算速度一般为亿次以上）。功能最强、价格最贵的主机，如我国的银河一Ⅰ、银河一Ⅱ和银河一Ⅲ，美国CrayResearch公司的Cray-1、Cray-2和Cray-3，日本富士通的Vp-30、Vp-50等都属于巨型计算机。它们对尖端科学、国防和经济发展等领域的研究起着极其重要的作用。

2）大型主机（Mainframe）

这里的大型主机，就是指国内所说的一般大型机和中型机。其规模、速度、功能等方面均比巨型机略逊一筹。如中科院的757，IBM公司的IBM360、IBM370。

3）小型机（Minicomputer）

小型机一般为中小企事业单位所使用。例如我国生产的太极系列计算机，美国DEC公司的V AX系列计算机。

4）个人计算机（PersonaIComputer）

个人计算机就是我们所说的微型计算机（Microcomputer），简称PC。按CPU 型号可分为Intel系列和非Intel系列。如IBM-PC机及其兼容机属于Intel系列，CPU为8088、80286、80386、80486、Pentium之一。非1ntel系列主要有Motorola 公司的MC68000系列，CPU为68020、68030、68040等；苹果公司的Macintosh 系列，CPU为680X0。按CPU字长把PC机分为8位机、16位机、32位机和准64位机。像80286是16位的芯片；80386和80486是32位的芯片；Pentium是准64位芯片。按微机制造厂家分为IBM-PC机及其兼容系列和非IBM-PC系列。如我国的“浪潮”、“长城”，美国的Compaq、AST系列等均与IBM-PC兼容；而我国早些时候的“紫金”、“中华学习机”、美国的App1e-Macintosh系列，Motorola系列以及IBM的OS/2系列均是非IBM-PC兼容系列。

5）工作站（Workstation）

工作站与高档微机的分界不是很明显，任何一台PC机或终端也可以称为工作站。然而，工作站的速度比一般微机快，配备了大容量的存储器和大屏幕的显示器，具有较强的网络通信功能。它是建立在R1SC/UNIX平台上的计算机。它主要应用在像CAD，图像处理等特殊的专业领域。著名的工作站有HP-Apollo、Sun。

6）小巨型机（MinisuperComputor）

小巨型机是小型超级电脑，如我国的曙光，美国Convex公司的C系列、Alliant的Fx系列。

四.计算机的应用

计算机具有高速度运算、逻辑判断、大容量存储和快速存取等特性，这决定了它在现代社会的各种领域都成为越来越重要的工具。计算机的应用相当广泛，涉及到科学研究、军事技术、工农业生产、文化教育、娱乐等各个方面。

1.数值计算（科学计算）

这是计算机最早的应用领域。从尖端科学到基础科学，从大型工程到一般工程，都离不开数值计算。例如，宇宙探测、气象预报、桥梁设计、飞机制造等都会遇到大量的数值计算问题。这些问题计算量大、计算过程复杂。像著名的“四色定理”的证明，就是利用IBM370系列的高档机计算了1200多个小时才获得证明，如果人工计算，日夜不停地工作，也要十几万年；气象预报有了计算机，预报准确率大为提高，可以进行中长期的天气预报；利用计算机进行化工模拟计算，加快了化工工艺流程从实验室到工业生产的转换过程。

2.数据处理（信息处理）

这是目前计算机应用最为广泛的领域。数据处理包括数据采集、转换、存储、分类、组织、计算、检索等方面。例如人口统计、档案管理、银行业务、情报检索、企业管理、办公自动化、交通调度、市场预测等都有大量的数据处理工作。

3.过程控制（自动控制）

计算机是生产自动化的基本技术工具，它对生产自动化的影响有两个方面：一是在自动控制理论上；二是在自动控制系统的组织上。生产自动化程度越高，对信息传递的速度和准确度的要求也就越高，这一任务靠人工操作已无法完成，只有计算机才能胜任。

利用计算机对生产过程进行控制，尤其是在生产环境比较恶劣的工作场所利用计算机进行生产过程的控制，大大提高了生产自动化的水平，减轻了工作人员的劳动强度，提高了产品质量，降低了产品成本。

4.计算机辅助工程

（1）计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）：利用计算机高速处理、大容量存储和图形处理功能，辅助设计人员进行产品设计。不仅可以进行计算，而且可以在计算的同时绘图，甚至可以进行动画设计，使设计人员从不同的侧面观察了解设计的效果，对设计进行评估，以求取得最佳效果，大大提高了设计效率和质量。

（2）计算机辅助制造（ComputerAidedMade，CAM）：在机器制造业中利用计算机通过各种数控机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程的技术，称为计算机辅助制造。近年来，各工业发达国家又进一步将计算机集成制造系统（CIMS一ComputerIntegratedManufacturingSystem）作为自动化技术的前沿方向，CIMS是集工程设计、生产过程控制、生产经营管理为一体的高度计算机化、自动化和智能化的现代化生产大系统。

（3）计算机辅助教学（ComputerAidedInstruction，CAI）：通过学生与计算机系统之间的对话实现教学的技术称为计算机辅助教学。对话是在计算机指导程序和学生之间进行的，它使教学内容生动、形象逼真，模拟其它手段难以做到的动作和场景。通过交互方式帮助学生自学、自测，方便灵活，可满足不同层次人员对教学的不同的要求。

此外还有其它计算机辅助系统：如利用计算机作为工具辅助产品测试的计算机辅助测试（CAT）；利用计算机对学生的教学、训练和对教学事务进行管理的计算机辅助教育（CAE）；利用计算机对文字、图像等信息进行处理、编辑、排版的计算机辅助出版系统（CAP）；计算机管理教学（CMI）等等。

5.智能模拟

人工智能（Artifical1ntelligence，AI）是用计算机模拟人类的智能活动：判断、理解、学习、图像识别、问题求解等。它是计算机应用的一个崭新领域，是计算机向智能化方向发展的趋势。现在，人工智能的研究已取得不少成果，有的已开始走向实用阶段。例如，能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力的智能机器人等等。