计算机一般知识

第一节　计算机一般知识

电子计算机（electronic computer），俗称电脑，简称计算机（computer），它是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备。它由多个零配件组成，如中央处理器、主板、内存、电源、显卡等。它是接收、处理和提供数据的一种装置，通常由输入输出设备、存储器、运算和逻辑部件以及控制器组成。

自1946年世界上第一台电子计算机诞生后的几十年内，计算机的发展突飞猛进。主要电子器件相继使用了真空电子管，晶体管，中、小规模集成电路和大规模、超大规模集成电路，引起计算机的几次更新换代。每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。特别是体积小、价格低、功能强的微型计算机的出现，使得计算机迅速普及，进入了办公室和家庭，在办公自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。

目前，计算机的应用已扩展到社会的各个领域，极大地影响和改变了人们的生活，有力地推动了整个社会的进步。经历了短短半个多世纪的发展，计算机已经是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基础文化课程之一。

计算机在组成上形式不一。早期计算机的体积足有一间房屋大小，诞生于美国宾州大学的世界上第一台计算机爱尼亚克（ENIAC）。今天，某些嵌入式计算机比一副扑克牌还小。

当然，即使在今天，依然有大量体积庞大的巨型计算机为特别的科学计算或面向大型组织的事务处理需求服务。比较小的，为个人应用而设计的计算机称为微型计算机，简称微机，在日常使用“计算机”一词时通常也是指微型计算机。

一、计算机及其种类

计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。它是由硬件和软件所组成。人们通常把没有安装任何软件的计算机称为裸机。

从计算机的类型、工作方式、构成器件、操作原理、应用环境等划分，计算机有多种分类。

从数据表示来说，计算机可分为数字计算机、模拟计算机以及混合计算机三类：数字计算机按构成的器件划分，曾有机械计算机和机电计算机，现用的电子计算机，正在研究的光计算机、量子计算机、生物计算机、神经计算机等。

电子计算机就其规模或系统功能而言，可分为巨型、大型、中型、小型、微型计算机和单片机。

二、计算机的主要性能指标

对于不同用途的计算机，其对不同部件的性能指标要求有所不同。例如：对于用作科学计算为主的计算机，其对主机的运算速度要求很高；对于用作大型数据库处理为主的计算机，其对主机的内存容量、存取速度和外存储器的读写速度要求较高；对于用作网络传输的计算机，则要求有很高的I/O速度，因此应当有高速的I/O总线和相应的I/O接口。

通常上讲，计算机的主要性能指标如下所示：

（一）运算速度

计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数。单位为每秒百万条指令（简称MIPS）或者每秒百万条浮点指令（简称MFPOPS）。它们都是用基准程序来测试的。影响运算速度的有如下几个主要因素：

1.CPU的主频。指计算机的时钟频率。它在很大程度上决定了计算机的运算速度。例如，Intel公司的CPU主频可达3.20GHz。

2.字长。CPU进行运算和数据处理的最基本、最有效的信息位长度。PC机的字长，已由8088的准16位（运算用16位，I/O用8位）发展到现在的32位、64位。

3.指令系统的合理性。每种机器都设计了一套指令，一般均有数十条到上百条，例如：加、浮点加、逻辑与、跳转等等，组成了指令系统。

（二）内存储器的指标

1.存取速度。内存储器（简称内存）完成一次读（取）或写（存）操作所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间。而连续两次读（或写）所需的最短时间称为存储周期。对于半导体存储器来说，存取周期约为几十到几百ns（10-9秒）。

2.内存容量。内存储容量一般用字节（Byte）数来度量。PC机的内存容量已由286机配置的1MB，发展到现在P4（奔腾4）配置1G、2G，甚至更大。内存容量的加大，对于运行大型软件十分必要。

3.I/O的速度

主机I/O（输入/输出）的速度，取决于I/O总线的设计。这对于慢速设备（例如键盘、打印机）关系不大，但对于高速设备则效果十分明显。例如对于当前的硬盘，它的外部传输率已可达20MB/S、4OMB/S以上。

三、计算机的应用领域

计算机刚诞生时，体积庞大而价格昂贵，这时主要用做执行科学计算，特别是军用课题。如ENIAC最早就是被用作火炮弹道计算和设计氢弹时计算断面中子密度的（如今许多超级计算机仍然在模拟核试验方面发挥着巨大作用）。澳大利亚设计的首台存储程序计算机CSIRMkI型主要用于负责对水电工程中的集水地带的降雨情形进行评估。还有一些被用于加密和解密使用，比如英国的“巨像”可编程计算机。

除去这些早年的科学或军工应用，计算机在其他领域的推广亦十分迅速。从一开始，存储程序计算机就与商业问题的解决息息相关。早在IBM的第一台商用计算机诞生之前，英国J.Lyons等就设计制造了LEO以进行资产管理或迎合其他商业用途。由于持续的体积与成本控制，计算机开始向更小型的组织内普及。加之20世纪70年代微处理器的发明，廉价计算机成为了现实。

随着电脑越来越普及，电脑几乎进入了所有的行业，扮演着举足轻重的角色。它已经成为当今社会得以正常运行不可缺少的工具，电脑在现代人的生活中占据的地位也越来越重要。

具体而言，计算机的应用范围主要涉及以下方面：

1.数值计算：在科学研究和工程设计中，存在着大量繁琐、复杂的数值计算问题，解决这样的问题经常是人力所无法胜任的。而高速度，高精度地解算复杂的数学问题正是电子计算机的特长。时至今日，数值计算仍然是计算机应用的一个重要领域。

2.数据处理：主要是指利用计算机来加工、管理和操作各种形式的数据资料。数据处理一般是以某种数据管理为目的。例如，财务部门用计算机来进行票据处理、账务处理和结算；人事部门用计算机来建立和管理人事档案等等。与数值计算有所不同，数据处理主要着眼于对大量的数据进行综合和分析处理。一般不涉及复杂的数学问题，但是要处理的数据量极大而且经常要求在很短时间内处理完毕。

3.实时控制：也叫过程控制，指用计算机对连续工作的控制对象实行自动控制。这种情况下，要求计算机能及时搜集检测信号，通过计算处理，发出调节信号对控制对象进行自动调节。过程控制应用中的计算机对输入信息的处理结果的输出总是实时进行的。例如，导弹的发射和制导过程中，总是不停地测试当时的飞行参数，快速地计算和处理，不断地发出控制信号控制导弹的飞行状态，直至到达即定的目标为止。实时控制在工业生产自动化、军事等方面应用十分广泛。

4.计算机辅助设计（CAD）：就是利用计算机来进行产品的设计。这种技术已广泛地应用于机械、船舶、飞机、大规模集成电路版图等方面的设计。利用CAD技术可以提高设计质量，缩短设计周期，提高设计自动化水平。例如，计算机辅助制图系统是一个通用软件包，它提供了一些最基本的作图元素和命令，在这个基础上可以开发出各种不同部门应用的图库。这就使工程技术人员从繁重的重复性工作中解放出来。从而加速产品的研制过程，提高产品质量。

CAD技术迅速发展，其应用范围日益扩大，又派生出许多新的技术分支，如计算机辅助制造CAM，计算机辅助教学CAI等。

5.模式识别：是一种计算机在模拟人的智能方面的应用。例如，根据频谱分析的原理，利用计算机对人的声音进行分解、合成，使机器能辨识各种语音，或合成并发出类似人的声音。

6.娱乐及游戏：在普通家用电脑领域，娱乐游戏是家用电脑的主要用途之一。其中，影音播放、游戏是家用电脑的主要娱乐方式。电脑的性能强劲，加之可以方便的接入互联网，所以继家用游戏机后，电脑成为一个重要的游戏平台。同时，家用电脑逐渐向家庭影院方向发展，尤其是随着高清视频的逐渐普及，以家用电脑作为影音媒体中心，是效果最好，价格最实惠的方式，并逐渐衍生出HTPC这一新的家用电脑概念。

综上所述，计算机是对输入的各类信息（如数值、文字、图像、电信号等）自动、高效地进行加工、处理并输出结果的电子装置。