计算机的特点、分类和系统组成

1.计算机的特点

计算机具有以下一些基本特点：

①具有超强的记忆（存储）功能，能存储程序，由程序来控制运算和处理操作；

②具有强大的数据处理能力，能完成各种复杂的处理任务；

③具有自动运行和自动控制的能力；

④具有高速的运算速度、极高的计算精度和灵敏准确的判断能力。

运算速度快是计算机从出现到现在人们利用它的主要因素。现代的计算机已达到每秒几百亿次至上亿亿次的运算速度。许多以前无法做到的事情现在利用高速计算机就可以得到实现。如众所周知的天气预报，若不采用高速计算机，就不可能对几天后的天气变化做较准确的预测。又如，像我国十多亿人的人口普查，离开了计算机也无法完成。

计算机采用二进制数字运算，计算精度可用增加表示二进制数的位数来获得，从程序设计方面也可使用某些技巧，使计算精度达到人们所需的要求。众所周知的圆周率π，一位美国数学家花了15年时间计算到707 位，而采用计算机计算的结果目前已达到小数点后上万亿位。

计算机的存储器不仅能存放原始数据和计算结果，更重要的是能存放用户编制好的程序。它的容量都是GB 甚至TB 级别的，可以存放巨量的数据或文档资料，当需要时，又可快速、准确、无误地取出来。计算机运行时，它从存储器高速地取出程序和数据，按照程序的要求自动执行。

计算机还具有逻辑判断能力，这使得计算机能解决各种不同的问题。如判断一个条件是真还是假，并且根据判断的结果，自动确定下一步该怎么做。例如数学中的著名难题“4 色问题”——即对任意地形图，要使相邻区域颜色不同，用4 种颜色就够了——就是美国数学家在1976年用了上百亿次判断，并利用三台（当时的）计算机运行了1200 小时加以解决的。

现代计算机由于采用超大规模集成电路，具有非常高的可靠性，可以安全地使用在各行各业，特别是像银行这种要求高可靠性的行业。由于计算机同时具有计算和逻辑判断等功能，使得计算机不但可用于数值计算，还可对非数据信息进行处理，如图形图像处理、文字编辑、语音识别、信息检索等各个方面。这使得计算机的应用在各行各业都可发挥出它的效力。

2.计算机的分类

根据国际上流行的计算机分类方法，计算机被分为巨型机、小巨型机、大型机、中型机、小型机、工作站、微型计算机（PC 机）、笔记本计算机等类型。其中，微型计算机的使用最为普及，而且在微型计算机上开发的软件也最为丰富。微型计算机已全面广泛渗透到社会的各个领域。

（1）巨型机

巨型机在6 类计算机中是功能最强的一种，当然价格也最昂贵，它也被称作超级计算机，具有很快的速度及巨大的容量，能对高品质动画进行实时处理。巨型机的指标通常用每秒多少次浮点运算来表示。20世纪70年代的第一代巨型机每秒为1 亿次浮点运算，20世纪80年代的第二代巨型机每秒为100 亿次浮点运算，20世纪90年代研制的第三代巨型机速度已达到每秒万亿次浮点运算，目前世界上最快的巨型机“顶点”（Summit）的浮点运算速度峰值可达每秒20 亿亿次（数据截至2018年年底）。许多巨型机都是采用多处理机结构，用大规模并行处理来提高整机的处理能力。巨型机大多用于空间技术、中长期天气预报、石油勘探、战略武器的实时控制等领域。

（2）小巨型机

巨型机性能虽高但价格昂贵，为满足市场的需求，一些厂家在保持或略降低巨型机性能的前提下，大幅度降低价格而推出小巨型机这类机型。小巨型机的发展一是将高性能的微处理器组成并行多处理机系统，二是将部分巨型机的技术引入超小型机使其功能巨型化。(www.xing528.com)

（3）主机系统

主机系统实际上包括了我们常说的大型机和中型机。这类计算机的特点是具有大容量的内、外存储器和多种类型的I/O 通道，能同时支持批处理和分时处理等多种工作方式。最新出现的主机系统还采用多处理机、并行处理等技术，整机处理速度大大提高，具有很强的处理和管理能力。几十年来，主机系统在大型公司、银行、高等院校及科研院所的计算机应用中一直居统治地位。但随着PC 局域网的发展，主机系统这种采用集中处理的终端工作模式的系统受到巨大冲击，特别是现在微型机的性价比大幅提升，客户机/服务器体系结构日益成熟，更是没有主机系统发挥其特长的空间。但是在一些需要集中处理大量数据的部门，如银行或某些大型企业仍需主机系统。

（4）小型机

比起主机系统来，小型机由于结构简单、成本较低、易于使用和维护，更受中、小用户的欢迎。小型机的特征有两类：一类是采用多处理机结构和多级存储系统，另一类是采用精减指令系统。前者是使用多处理机来提高其运算速度，后者是在指令系统中，只将比较常用的指令集用硬件实现，很少使用的、复杂的指令留给软件去完成，这样既提高了运算速度，又降低了成本。

（5）工作站

这里所说的工作站和网络中用作站点的工作站是两个完全不同的概念。这里的工作站是计算机中的一个类型，实际上是一种配备了高分辨率大屏幕显示器和大容量内、外存储器，并且具有较强数据处理能力与高性能图形功能的高档微型计算机。

（6）个人计算机

个人计算机也称作PC 机，它的核心是微处理器。微处理器在短短的30年中已从4位、8 位、32 位发展到现在的64 位。20世纪80年代初，IBM 公司在数年内连续推出了IBM PC、IBM PC/XT、IBM PC/AT 等机型，形成和巩固了PC 机的主流系列，许多厂商纷纷推出与IBM PC 兼容的个人计算机。随着微处理芯片性能的提高，PC 机已发展到目前的以酷睿处理器占主流的多核CPU 芯片机型，它的性能已超过早年大型机的水平。在这几十年中，PC 机使用的微处理芯片，平均不到两年集成度就增加一倍、处理速度提高一倍，价格却降低一半。今天，PC 机已广泛应用于社会的各个领域，从政府机关到家庭，PC 机无处不在。特别值得一提的是便携式计算机的发展取得了惊人的成绩，性能和台式机已趋于一致，但重量仅千余克。20世纪90年代大量出现的多媒体PC 机现已深入人心，几乎现在每个购买PC 机的家庭都是配置成多媒体PC 机。它集图、文、声、像于一体，具有友好的人机交互界面，在教育、信息服务、家庭娱乐等方面都得到了广泛的应用。

3.计算机系统组成

计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，如图1-1-5所示。计算机是依靠硬件和软件的协同工作来执行给定任务的。一个完整的计算机系统应包括硬件（Hardware）系统和软件（Software）系统两大部分。

图1-1-5　计算机系统的组成

硬件系统是指计算机系统中由各种电子的、机械的、磁性的、光的器件或装置组成的看得见、摸得着的物理实体部分。硬件也称硬设备，它是计算机的“躯体”。

软件系统是指控制、管理和指挥计算机工作和解决各类应用问题的所有程序和技术资料的总和。

通常把没装备任何软件的计算机称为“裸机”，这样的计算机仅有一堆硬件。在裸机上只能运行机器语言程序。软件系统是计算机的“灵魂”，若计算机中不配置任何软件，其硬件作用就不能充分有效地发挥。计算机的硬件和软件相互依存、相互支持，都是整个计算机系统中不可缺少的组成部分。