信息技术应用概论：计算机概述

1）计算机的发展史

世界上第一台电子数字式计算机于1946 年2 月15 日在美国宾夕法尼亚大学诞生，它的名称叫ENIAC（埃尼阿克），如图2.1 所示。它使用了17 468 个真空电子管，耗电174 千瓦，占地170 m2，重达30 t，每秒可进行5 000 次加法运算。虽然它的功能还比不上今天最普通的一台微型计算机，但在当时它已是运算速度的绝对冠军，并且其运算的精确度和准确度也是史无前例的。

从1946 年第一台计算机诞生以来，电子计算机已经走过了70 多年的历史，计算机的体积不断变小，但性能速度却在不断提高。根据计算机采用的物理器件，一般将计算机的发展分为4 个阶段（表2.1）。

图2.1　第一台计算机ENIAC

表2.1　计算机的发展史

续表

目前，许多新型计算机正在慢慢崛起，也许在不久的将来就能看到第五代计算机所带来的全新数据时代。下面是几种计算机未来的发展趋势：

（1）超级计算机

这种计算机专门被各个国家用于计算量巨大的专业性学术研究，它的超大容量和惊人功能使它可以计算许多复杂而庞大的问题，如航天工程、石油勘探开发等方面的大量数字算法。可以说，一个国家的国力体现在研制超级计算机的技术水平上。目前，我国超级计算机的研制情况见表2.2。

表2.2　超级计算机

续表

（2）生物计算机

细胞将信息存储在类似于“内存”的地方，生化分子接触细胞表面，为其输入数据，细胞通过体内错综复杂、层层级联的分子相互作用处理这些数据，理论上每个细胞都是一个强大的计算单元。如果我们能像制作电子计算机一样，实现对细胞行为的编程能力，生物计算的前景将难以预估。因此生物学家坚信，未来微型生物计算机可漫游在人体内，监控身体健康状态，并修正它们发现的任何问题。

（3）量子计算机

量子计算机和电子计算机的区别在哪里呢？简单来说，就是计算能力。在电子计算机里，一个微小晶体管中存储的数据，在一个时间点上是固定的，要么是1，要么是0。而量子计算机则不同，量子具有叠加态，一个量子位可以有两种状态，这样n个量子位时就有2 的n次方种状态。更神奇的地方在于，传统电子计算机的计算方式是串行运算，一个算完算下一个。而量子计算，由于这种叠加态，天然就能并行运算。如电子计算机要分成50 次计算完成，量子计算机则可以把这过程分成50 个部分，同时计算完成，再叠加给出结果。这就比如说，你一个人要完成一项工程，原来只能一部分一部分地做，现在你突然有好多个分身，同时可以高效、准确地做不同部分。

（4）类脑计算机

2016 年8 月3 日，首个人造随机相变神经元成功问世。该项目由苏黎世IBM研究中心Tomas Tuma及其同事共同完成。该研究借鉴了人脑中神经元细胞的脉冲模型，由输入端（树突）、神经薄膜（双分子层）、信号发生器（主体）、输出端（轴突）组成。

2）计算机的特征

①运算速度快；

②精确度高，可靠性好；

③具有记忆能力和逻辑判断能力；

④能自动执行命令；(www.xing528.com)

⑤具有高性能的实时通信和交流能力；

⑥具有信息表达形式的直观性和使用的方便性。

3）计算机的应用领域

计算机的应用领域已渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。计算机主要应用在以下领域。

（1）科学计算

在现代科学技术工作中，科学计算问题是大量的和复杂的。如建筑设计中为了确定构件尺寸，通过弹性力学导出一系列复杂方程，长期以来由于计算方法跟不上而一直无法求解。而计算机不但能求解这类方程，并且引起弹性理论上的一次突破，出现了有限单元法。

（2）信息处理

目前，数据处理已广泛地应用于办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等各行各业。信息正在形成独立的产业，多媒体技术使信息展现在人们面前的不仅是数字和文字，也有声情并茂的声音和图像信息。

（3）计算机辅助工程

计算机辅助工程指用计算机作为工具，辅助人们对飞机、船舶、桥梁、建筑、集成电路、电子线路等进行设计。它能帮助人们缩短设计周期，提高设计质量，减少差错，包括计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）和计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）等。

（4）过程控制

采用计算机进行过程控制，不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。如在汽车工业方面，利用计算机控制机床、控制整个装配流水线，不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化，而且可以使整个车间或工厂实现自动化。

（5）人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是探索计算机模拟人的感觉和思维规律的科学。它是控制论、计算机科学、仿真技术和心理学等多学科的产物。人工智能的研究和应用领域包括模式识别、自然语言理解、专家系统、自动程序设计和智能机器人等。现在人工智能的研究已取得不少成果，有些已开始走向实用阶段，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。

（6）网络应用

计算机网络的建立，不仅解决了一个单位、一个地区、一个国家中计算机与计算机之间的通信，各种软、硬件资源的共享，也大大促进了国际间的文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。