计算机特点、应用与分类

1.计算机的特点

计算机作为一种通用的信息处理工具，具有极高的处理速度、很强的存储能力、精确的计算和逻辑判断能力，其主要特点体现在以下几个方面。

（1）运算速度快

计算机的运算速度（也称为处理速度）是衡量计算机性能的一项重要指标。现今计算机系统的运算速度已达到每秒10亿亿次，微机也可达每秒亿次以上，使大量复杂的科学计算问题得以解决。例如：卫星轨道的计算、大型水坝的计算、24小时天气预报的计算等，过去人工计算需要几年、几十年，而现在用计算机只需几天甚至几分钟就可完成。

（2）计算精度高

科学技术的发展特别是尖端科学技术的发展，需要高度精确的计算。计算机控制的导弹之所以能准确地击中预定目标，是与计算机的精确计算分不开的。一般计算机可以有十几位甚至几十位（二进制）的有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几，这是任何计算工具所不能达到的。

（3）记忆能力强

随着计算机存储容量的不断增大，可存储记忆的信息越来越多。计算机不但能进行计算，而且能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，以供用户随时调用。计算机的记忆力准确，信息存储不会出现误差，这为计算机自动、高速、正确地运行提供了保证。

（4）具备逻辑判断能力

计算机在程序的执行过程中，会根据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步的执行命令，从而使得计算机不仅能解决数值计算问题，还能解决非数值计算问题，如信息检索、图像识别等。

（5）自动化程度高

计算机能够按照预先编制的程序自动执行命令，整个过程不需要人工干预，极大地提高了工作效率。由计算机控制的机械设备可以完成纯人工无法完成的工作，如精密仪器制造、危险地域的生产等。

（6）可靠性高、通用性强

由于采用了大规模和超大规模集成电路，现在的计算机具有非常高的可靠性，不仅可以用于数值计算，还可以用于数据处理、工业控制、辅助设计、辅助制造和办公自动化等，具有很强的通用性。

2.计算机的应用

计算机问世之初，主要用于数值计算，“计算机”也因此得名。但随着计算机技术的发展，它的应用范围不断扩大，不再局限于数值计算而广泛地应用于自动控制、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教学、人工智能、多媒体技术、计算机网络等领域。

（1）科李计算

科学计算又称数值计算，它是计算机最早的应用领域。科学计算是指计算机用于完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题的计算。这类计算往往公式复杂、难度很大，用一般计算工具或人力难以完成。例如，气象预报需要求解描述大气运动规律的微分方程，发射导弹需要计算导弹弹道曲线方程，这都需要通过计算机的高速而精确的计算才能完成。

（2）数据处理

数据处理是指在计算机上管理、加工各种数据资料，从而使人们获得更多有用信息的过程。例如，企业管理、物资管理、报表统计、账目计算和信息情报检索等都是数据处理。如图1-2所示为用于管理和处理数据的图书管理系统。

图1-2 图书管理系统

（3）自动控制

自动控制是指利用计算机对某一过程进行自动操作的行为。它不需要人工干预，能够按人预定的目标和状态进行过程控制，如无人驾驶飞机、导弹和人造卫星等。

（4）计算机辅助系统

计算机辅助系统包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助教学等。其中，计算机辅助设计CAD（Computer-Aided Design）是指利用计算机来帮助设计人员进行工程设计。如图1-3所示为利用计算机设计的数码相机模型。

图1-3 利用计算机设计的数码相机

计算机辅助制造CAM（Computer-Aided Manufacturing）是指利用计算机来进行生产设备的管理、控制和操作，它对提高产品质量、降低成本和缩短生产周期等起到了积极的作用。

计算机辅助教学CAI（Computer-Assisted Instruction）是指利用计算机来辅助学生学习，它将教学内容、教学方法以及学生学习情况存储于计算机内，使学生能够从CAI系统中学到所需要的知识。

（5）人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是指让计算机模拟人类的某些智力行为。例如，可以用计算机模拟人脑的部分功能进行思维、学习、推理、联想和决策，使计算机具有一定的“思维能力”。

（6）多媒体应用

多媒体（Multimedia）是文本、动画、图形、图像、音频和视频等各种媒体的组合物。近些年来，多媒体技术被广泛应用于各行各业，以及家庭娱乐等。如图1-4所示为利用平面设计软件制作的海报。

（7）计算机网络

计算机网络是现代计算机技术与通信技术高度发展和密切结合的产物，它利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互连起来，实现网络中资源共享和信息传递。例如，全世界最大的计算机网络Internet（因特网）把整个地球变成了一个小小的村落，人们可以方便地在网上查询信息、下载资源、通信、学习、娱乐和买卖东西等。(www.xing528.com)

图1-4 利用平面设计软件制作的海报

3.计算机的分类

计算机的种类很多，按不同的角度，其分类方式也不尽相同。

（1）按照计算机的原理分类

按照计算机的工作原理，计算机可以分为数字式电子计算机、模拟式电子计算机和混合式电子计算机。

◆数字式电子计算机

数字式电子计算机又称为“电子数字计算机”。它是以数字形式的量值在机器内部进行运算和存储的电子计算机。数的表示法常采用二进制。数字式电子计算机的精度高、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。人们通常所说的计算机就是指数字式电子计算机。它由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备、输入和输出通道等组成。

◆模拟式电子计算机

其各个主要部件的输入量及输出量都是连续变化着的电压、电流等物理量。由若干种作用及数量不同的积分器、加法器、乘法器、函数产生器等部件组成。模拟式电子计算机按照待研究问题的数学模型把一个部件的输出端与另一个或几个部件的输入端互连起来，用整个计算机的输出量与输入量之间的数学关系模拟所研究问题的客观过程。模拟式电子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。

◆混合式电子计算机

混合式电子计算机是利用模拟技术和数字技术进行数据处理的电子计算机，兼有上述两种计算机的特点。它既能处理数字量，又能处理模拟量，但这种计算机结构复杂、设计困难。主要有两种类型：一类是混合式模拟计算机，它以模拟技术为主，附加一些数字设备；另一类是组合式混合计算机，它由数字式和模拟式两种计算机加上相应的接口装置组成。

（2）按照计算机的用途分类

按照计算机的使用用途，可以分为通用计算机和专用计算机两类。

◆通用计算机

它是为了能解决各种问题，具有较强的通用性而设计的计算机。通用计算机功能全面、适应性强，它具有一定的运算速度，有一定的存储容量，带有通用的外部设备，配备了各种系统软件、应用软件。通用计算机的效率、速度和经济性相对于专用计算机要低一些，本书所讲的计算机都是指通用计算机。

◆专用计算机

它是为了解决一个或一类特定问题而设计的计算机。它的硬件和软件的配置依据解决特定问题的需要而定。专用计算机功能单一、适应性差，但是在特定用途下比通用计算机更有效、更经济。一般在过程控制中使用此类计算机。

（3）按照计算机的性能分类

根据计算机的演变过程和近期可能的发展趋势，国外通常把计算机分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机六大类。

◆巨型机（Super computer）

一般把每秒计算速度在亿次以上的计算机称为巨型计算机，又称为超级计算机。它是目前功能最强、速度最快、价格最贵的计算机，主要用于尖端科学研究、国防等国家重点科研机构。生产巨型机的公司有美国的Cray公司、TMC公司，日本的富士通公司、日立公司等。我国研制的“银河3号”为百亿次巨型机，“曙光-2000”和“神威”属于千亿次巨型机。

◆小巨型机（Minisuper computer）

小巨型机又称为小超级机或桌上型超级电脑，它使巨型机缩小成个人机的大小，或者使个人机具有超级电脑的性能。典型的产品有美国Convex公司的C-1、C-2、C-3等，Alliant公司的FX系列等。

◆大型机（Mainframe）

大型机包括通常所说的大型或中型计算机。这是在微型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机房中，用户要上机就必须去计算中心端上工作。目前国内一般装备在国家级科研机构及重点理工科院校。大型机经历了批处理阶段和分时处理阶段，目前已进入了分散处理与集中管理的阶段。IBM公司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。

◆小型机（Minicomputer）

运算速度在几百万次左右，其规模比大型机要小，但仍能支持十几个用户同时使用。小型机结构简单、价格较低、使用和维护方便，备受中小企业欢迎。目前国内一般配备在科研机构、设计院所及普通高校。目前在国内小型机以美国DEC公司的VAX系列为主。

◆个人计算机（Personal Computer）

个人计算机又称为PC机或微型机，其特点是小巧、灵活、便宜。除台式机外，还有体积更小的笔记本、便携机、掌上微机等，这是目前发展最快的领域。PC机按字长可分为8位机、16位机、32位机、64位机；按结构可分为单片机、单板机、多芯片机和多版机；按CPU芯片分为286机、386机、486机、Pentium机、IBM PC及其兼容机、IBM-Apple-Motorola联合研制的Power PC芯片的机器，以及DEC公司推出的Alpha芯片的机器等。

◆工作站（Workstation）

一般说来，工作站的性能介于小型机与微机之间。它的运算速度通常比微机要快，并配有大屏幕显示器和大容量存储器，并且拥有较强的联网功能。它主要用于图像处理、计算机辅助设计、软件工程以及大型控制中心等专业领域。工作站可分为初级工作站、工程工作站、超级工作站以及超级绘图工作站等。其典型代表有HP-Apollo工作站、SUM工作站等。

◆服务器

“服务器”一词很恰当地描述了计算机在应用中的角色，而不是刻画机器的档次。服务器作为网络的结点，存储、处理网络上80%的数据、信息，因此也被称为网络的灵魂。

近年来，随着Internet的普及，各种档次的计算机在网络中发挥着各自不同的作用，而服务器在网络中扮演着最主要的角色。服务器可以是大型机、小型机、工作站或者高档微机，提供信息浏览、电子邮件、文件传送、数据库等多个领域的服务。