計算機介紹課件

計算機介紹

計算機（全稱：電子計算機；別稱：電腦，英文：Computer）是20

世紀最偉大的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一，對人類的生產(chǎn)活動和社會活動產(chǎn)生

了極其重要的影響，并以強大的生命力飛速發(fā)展。它的應(yīng)用領(lǐng)域從最

初的軍事科研應(yīng)用擴展到目前社會的各個領(lǐng)域，已形成規(guī)模巨大的計

算機產(chǎn)業(yè)，帶動了全球范圍的技術(shù)進步，由此引發(fā)了深刻的社會變革。

計算機已遍及學(xué)校、企事業(yè)單位，進入尋常百姓家，成為信息社會中

必不可少的工具。它是人類進入信息時代的重要標志。計算機

是由早期的電動計算器發(fā)展而來的。1946年，世界上出現(xiàn)了第一臺

電子數(shù)字計算機“ENIAC”,用于計算彈道。是由美國賓夕法尼亞大

學(xué)莫爾電工學(xué)院制造的。1956年，晶體管電子計算機誕生了，這是

第二代電子計算機。只要兒個大一點的柜子就可將它容下，運算速度

也大大地提高了。1959年出現(xiàn)的是第三代集成電路計算機。最初的

計算機由約翰?馮?諾依曼發(fā)明（那時電腦的計算能力相當于現(xiàn)在的

計算器），有三間庫房那么大，后逐步發(fā)展。1946年面世的

“ENIAC"，它主要是用于計算彈道。是由美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾

電氣工程學(xué)院制造的，它的體積龐大，占地面積170多平方米，重量

約30噸，消耗近150千瓦的電力。顯然，這樣的計算機成本很高，

使用不便。這個說法被計算機基礎(chǔ)教科書上普遍采用，事實上在1973

年根據(jù)美國最高法院的裁定，最早的電子數(shù)字計算機，應(yīng)該是美國愛

荷華州立大學(xué)的物理系副教授約翰?阿坦那索夫和其研究生助手克

利夫?貝瑞（CliffordE.Berry,1918-1963）于1939年10月制造

的"ABC"（Atanasoff-Berry-Computer）。之所以會有這樣的誤會，是

因為“ENIAC”的研究小組中的一個叫莫克利的人于1941年剽竊了

約翰?阿坦那索夫的研究成果，并在1946年時，申請了專利。由于

種種原因直到1973年這個錯誤才被扭轉(zhuǎn)過來。（具體情況參閱百度百

科一一“約翰-阿坦那索夫”詞條，希望大家記住ABC和約翰?阿坦

那索夫，希望以后的教科書能夠修改這個錯誤）。后來為了表彰和紀

念約翰?阿坦那索夫在計算機領(lǐng)域內(nèi)作出的偉大貢獻，1990年美國

前總統(tǒng)布什授予約翰?阿坦那索夫全美最高科技獎項----“國家科

技獎”。

硬件

計算機系統(tǒng)中所使用的電子線路和物理設(shè)備，是看得見、摸得著

的實體，如中央處理器（CPU）、存儲器、外部設(shè)備（輸入輸出設(shè)備、

I/O設(shè)備）及總線等。①中央處理器主要功能是根據(jù)存儲

器內(nèi)的程序，中央處理器逐條地執(zhí)行程序所指定的操作。中央處理

器的主要組成部分是：數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、算術(shù)

邏輯部件、操作控制器、程序計數(shù)器（指令地址計數(shù)器）、地址寄存

器等。②存儲器主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)，程序是計算

機操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計算機操作的對象。存儲器是由存儲體、地址

譯碼器、讀寫控制電路、地址總線和數(shù)據(jù)總線組成。能由中央處理器

直接隨機存取指令和數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備稱為主存儲器內(nèi)存儲器，磁

盤、磁帶、光盤等不能直接被中央處理器讀的存儲設(shè)備取稱為外存儲

器（或輔助存儲器）。高速緩存、主存儲器、外部存儲器和相應(yīng)的軟

件，組成計算機的存儲系統(tǒng)。③外部設(shè)備主要功能是用戶

與機器之間的橋梁。輸入設(shè)備的任務(wù)是把用戶要求計算機處理的數(shù)

據(jù)、字符、文字、圖形和程序等各種形式的信息轉(zhuǎn)換為計算機所能接

受的編碼形式存入到計算機內(nèi)。輸出設(shè)備的任務(wù)是把計算機的處理結(jié)

果以用戶需要的形式（如屏幕顯示、文字打印、圖形圖表、語言音響

等）輸出。輸入輸出接口是外部設(shè)備與中央處理器之間的緩沖裝置，

負責(zé)電氣性能的匹配和信息格式的轉(zhuǎn)換。外部設(shè)備軟件

對能使計算機硬件系統(tǒng)順利和有效工作的程序集合的總稱。程序

總是要通過某種物理介質(zhì)來存儲的，它們是磁盤、磁帶、程序紙、穿

孔卡等，但軟件并不是指這些物理介質(zhì)，而是指那些有程序設(shè)計人員

預(yù)先設(shè)計編寫的存放在存儲體中的代碼?？煽康挠嬎銠C硬件如同一個

人的強壯體魄，有效的軟件如同一個人的聰穎思維。計算機

的軟件系統(tǒng)可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。系統(tǒng)軟件是負責(zé)對整

個計算機系統(tǒng)資源的管理、調(diào)度、監(jiān)視及為其他應(yīng)用軟件提供接口和

服務(wù)服務(wù)。應(yīng)用軟件是專門開發(fā)的各種應(yīng)用程序。計算機軟件

系統(tǒng)包括：①操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件的核心，它負責(zé)對計算機

系統(tǒng)內(nèi)各種軟、硬資源的管理、控制和監(jiān)視。②數(shù)據(jù)庫管理系

統(tǒng)負責(zé)對計算機系統(tǒng)內(nèi)全部文件、資料和數(shù)據(jù)的管理和共享。

③編譯系統(tǒng)負責(zé)把用戶用高級語言所編寫的源程序編譯成機器

所能理解和執(zhí)行的機器語言。④網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負責(zé)對計算機系

統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源進行組織和管理，使得在多臺獨立的計算機間能進行相

互的資源共享和通信。⑤標準程序庫按標準格式所編寫的

一些程序的集合，這些標準程序包括求解初等函數(shù)、線性方程組、常

微分方程、數(shù)值積分等計算程序。⑥服務(wù)性程序也稱實用

程序。為增強計算機系統(tǒng)的服務(wù)功能而提供的各種程序，包括對用戶

程序的裝置、連接、編輯、查錯、糾錯、診斷等功能。為了使計算機

能算得快和準、記得多和牢，數(shù)十年來，對提高單機中的中央處理器

的處理速度和精度，對提高存儲器的存取速度和容量作了許多改進，

如：增加運算器的基本字長和提高運算器的精度；增加新的數(shù)據(jù)類型,

或?qū)?shù)據(jù)進行自定義，使數(shù)據(jù)帶有標志符，用以區(qū)別指令和數(shù)，及說

明數(shù)據(jù)類型；在CPU內(nèi)增設(shè)通用寄存器、采用變址寄存器、增加間

接尋址功能和增設(shè)高速緩沖存儲器和采用堆棧技術(shù)；采用存儲器交叉

存取技術(shù)及虛擬存儲器技術(shù)；采用指令流水線和運算流水線；采用多

個功能部件和增設(shè)協(xié)處理器等。

編輯本段計算機的特點

計算機作為一種通用的信息處理工具，它具有極高的處理速度、

很強的存儲能力、精確的計算和邏輯判斷能力，其主要特點如下：

1.運算速度快

當今計算機系統(tǒng)的運算速度已達到每秒萬億次，微機也可達每秒

億次以上，使大量復(fù)雜的科學(xué)計算問題得以解決。例如：衛(wèi)星軌道的

計算、大型水壩的計算、24小時天氣預(yù)報的計算等，過去人工計算

需要幾年、兒十年，而現(xiàn)在用計算機只需兒天甚至幾分鐘就可完成。

2.計算精確度高

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要高度精確的計

算。計算機控制的導(dǎo)彈之所以能準確地擊中預(yù)定的目標，是與計算機

的精確計算分不開的。一般計算機可以有十幾位甚至兒十位（二進制）

有效數(shù)字，計算精度可由千分之兒到百萬分之兒，是任何計算工具所

望塵莫及的。

3.具有記憶和邏輯判斷能力

隨著計算機存儲容量的不斷增大，可存儲記憶的信息越來越多。

計算機不僅能進行計算，而且能把參加運算的數(shù)據(jù)、程序以及中間結(jié)

果和最后結(jié)果保存起來，以供用戶隨時調(diào)用；還可以對各種信息（如

語言、文字、圖形、圖像、音樂等）通過編碼技術(shù)進行算術(shù)運算和邏

輯運算，甚至進行推理和證明。

4.有自動控制能力

計算機內(nèi)部操作是根據(jù)人們事先編好的程序自動控制進行的。用

戶根據(jù)解題需要，事先設(shè)計好運行步驟與程序，計算機十分嚴格地按

程序規(guī)定的步驟操作，整個過程不需人工干預(yù)。

編輯本段發(fā)展歷史

（1）大型主機階段，20世紀40-50年代，是第一代電子管計算

機。經(jīng)歷了電子管數(shù)字計算機、晶體管數(shù)字計算機、集成電路數(shù)字計

算機和大規(guī)模集成電路數(shù)字計算機的發(fā)展歷程，計算機技術(shù)逐漸走向

成熟。；（2）小型計算機階段，20世紀60-70年代，是對大型

主機進行的第一次“縮小化”，可以滿足中小企業(yè)事業(yè)單位的信息處

理要求，成本較低，價格可被接受；（3）微型計算機階段，20

世紀70-80年代，是對大型主機進行的第二次“縮小化”，1976年

美國蘋果公司成立，1977年就推出了AppleH計算機，大獲成功。

1981年IBM推出IBM-PC,此后它經(jīng)歷了若干代的演進，占領(lǐng)了個人

計算機市場，使得個人計算機得到了很大的普及；（4）客戶機

/服務(wù)器階段，即C/S階段。隨著1964年IBM與美國航空公司建立了

第一個全球聯(lián)機訂票系統(tǒng)，把美國當時2000多個訂票的終端用電話

線連接在了一起，標志著計算機進入了客戶機/服務(wù)器階段，這種模

式至今仍在大量使用。在客戶機/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)的核

心，而客戶機是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，客戶機依靠服務(wù)器獲得所需要的網(wǎng)絡(luò)資

源，而服務(wù)器為客戶機提供網(wǎng)絡(luò)必須的資源。C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是能充

分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后再提交

給服務(wù)器，大大減輕了服務(wù)器的壓力；（5）Intemet階段，

也稱互聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)、網(wǎng)際網(wǎng)階段?；ヂ?lián)網(wǎng)即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及單機

按照一定的通訊協(xié)議組成的國際計算機網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)始于1969年，

是在ARPA（美國國防部研究計劃署）制定的協(xié)定下將美國西南部的

大學(xué)（UCLA（加利福尼亞大學(xué)洛杉機分校）、

StanfordResearchlnstitute（史坦福大學(xué)研究學(xué)院）、UCSB（加利福尼

亞大學(xué)）和UniversityofUtah（猶他州大學(xué)））的四臺主要的計算機連

接起來。此后經(jīng)歷了文本到圖片，到現(xiàn)在語音、視頻等階段，帶寬越

來越快，功能越來越強?；ヂ?lián)網(wǎng)的特征是：全球性、海量性、匿名性、

交互性、成長性、扁平性、即時性、多媒體性、成癮性、喧嘩性?；?/p>

聯(lián)網(wǎng)的意義不應(yīng)低估。它是人類邁向地球村堅實的一步；（6）

云計算時代，從2008年起，云計算（CloudComputing）概念逐漸流

行起來，它正在成為一個通俗和大眾化（Popular）的詞語。云計算

被視為“革命性的計算模型”，因為它使得超級計算能力通過互聯(lián)網(wǎng)

自由流通成為了可能。企業(yè)與個人用戶無需再投入昂貴的硬件購置成

本，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)來購買租賃計算力，用戶只用為自己需要的功

能付錢，同時消除傳統(tǒng)軟件在硬件，軟件，專業(yè)技能方面的花費。云

計算讓用戶脫離技術(shù)與部署上的復(fù)雜性而獲得應(yīng)用。云計算囊括了開

發(fā)、架構(gòu)、負載平衡和商業(yè)模式等，是軟件業(yè)的未來模式。它基于

Web的服務(wù)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心。

編輯本段發(fā)展方向

今后計算機技術(shù)的發(fā)展將表現(xiàn)為高性能化、網(wǎng)絡(luò)化、大眾化、智

能化與人性化、功能綜合化，計算機網(wǎng)絡(luò)將呈現(xiàn)出全連接的、開放的、

傳輸多媒體信息的特點。專家認為未來計算機的發(fā)展趨勢是：微處

理器速度將繼續(xù)提升，英特爾公司計劃在未來幾年內(nèi)制造出每個芯片

上有10億個晶體管的中央處理器，個人電腦將具有原來的高性能服

務(wù)器所具有的處理能力；高性能計算機采用分布式共享存儲結(jié)構(gòu)，將

擁有1GHz以上的時鐘頻率；每個芯片有4個8路并行的以及更為復(fù)

雜的GISC接點；計算機將采用更先進的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)（如光學(xué)、永

久性半導(dǎo)體、磁性存儲等）；外設(shè)將走向高性能、網(wǎng)絡(luò)化和集成化并

且更易于攜帶；輸出輸入技術(shù)將更加智能化、人性化，隨著筆輸入、

語音識別、生物測定、光學(xué)識別等技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，人與計算

機的交流將更加便捷。專家提出，軟件技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)平臺網(wǎng)絡(luò)化、

技術(shù)對象化、系統(tǒng)構(gòu)件化、產(chǎn)品領(lǐng)域化、開發(fā)過程化、生產(chǎn)規(guī)?；?/p>

競爭國際化的趨勢。高端計算機軟件、操作系統(tǒng)微內(nèi)核與源碼技術(shù)、

軟件可靠性和安全性、軟件開發(fā)和集成工具面向人們個性化需求的應(yīng)

用軟件，在相當時期內(nèi)仍將是軟件領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容。軟件技術(shù)正

以計算機為中心向以多媒體信息服務(wù)為對象的方向發(fā)展，軟件開發(fā)與

芯片設(shè)計相互融合和滲透，將人機充分自然地結(jié)合起來；網(wǎng)絡(luò)軟件正

在成為研究投資的熱點；軟件業(yè)的市場發(fā)展空間將超過硬件業(yè)的市場

規(guī)模。專家預(yù)測，到2005年，全球電子計算機產(chǎn)品的市場規(guī)模將超

過4000億美元，軟件在3500億美元以上；2010年又將分別達到5100

億美元與6000億美元左右。2005年，國內(nèi)市場對電子計算機產(chǎn)品的

需求預(yù)測：微機1800萬臺（其中筆記本電腦占10%）、服務(wù)器20萬

套、顯示器2000萬臺、打印機800萬臺；軟件2200億―2500億元,

其中系統(tǒng)軟件為110億―120億元、支撐軟件300億―320億元、應(yīng)

用軟件380億―400億元。專家建議，今后應(yīng)當鼓勵發(fā)展高性能服

務(wù)器、移動式筆記本電腦或掌上電腦（適應(yīng)2.5G—3G）、多功能激

光、噴墨打印機、掃描儀；嵌入式操作系統(tǒng)軟件（基于LINUX及UNIX）、

網(wǎng)絡(luò)控制軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、CAD/CAM軟件和其他應(yīng)用軟件等。繼續(xù)

支持發(fā)展的產(chǎn)品應(yīng)有：普通針式打印機、彩色顯示器、調(diào)制解調(diào)器等。

對低檔次個人電腦應(yīng)實行限產(chǎn)。

編輯本段分類

（1）超級計算機（supercomputers）

超級計算機即巨型計算機，擁有最強的并行計算能力，主要用于

科學(xué)計算。在氣象、軍事、能源、航天、探礦等領(lǐng)域承擔大規(guī)模、高

速度的計算任務(wù)。在結(jié)構(gòu)上，雖然超級計算機和服務(wù)器都可能是多處

理器系統(tǒng)，二者并無實質(zhì)區(qū)別，但是現(xiàn)代超級計算機較多采用集群

系統(tǒng)，更注重浮點運算的性能，可看著是一種專注于科學(xué)計算的高

性能服務(wù)器，而且價格非常昂貴。1983年我國湖南國防科大研

制成功“銀河一1”巨型計算機，運行速度達每秒一億次。1992年,

國防科技大學(xué)計算機研究所研制的巨型計算機“銀河一H”通過鑒

定，該機運行速度為每秒10億次。目前我國又研制成功了“銀河

一III”巨型計算機，運行速度已達到每秒130億次，其系統(tǒng)的綜合技

術(shù)已達到當前國際先進水平，填補了我國通用巨型計算機的空白，標

志我國計算機的研制技術(shù)已進入世界先進行列。

(2)服務(wù)器(Server)

專指某些高性能計算機，能通過網(wǎng)絡(luò)，對外提供服務(wù)。相對于普

通電腦來說，穩(wěn)定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此在CPU、

芯片組、內(nèi)存、磁盤系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等硬件和普通電腦有所不同。服務(wù)器

是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，存儲、處理網(wǎng)絡(luò)上80%的數(shù)據(jù)、信息，在網(wǎng)絡(luò)中起到

舉足輕重的作用。它們是為客戶端計算機提供各種服務(wù)的高性能的計

算機，其高性能主要表現(xiàn)在高速度的運算能力、長時間的可靠運行、

強大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力等方面。服務(wù)器的構(gòu)成與普通電腦類似，也

有處理器、硬盤、內(nèi)存、系統(tǒng)總線等，但因為它是針對具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)

用特別制定的，因而服務(wù)器與微機在處理能力、穩(wěn)定性、可靠性、安

全性、可擴展性、可管理性等方面存在差異很大。

(3)工作站(Workstation)

是一種以個人計算機和分布式網(wǎng)絡(luò)計算為基礎(chǔ)，主要面向?qū)I(yè)應(yīng)

用領(lǐng)域，具備強大的數(shù)據(jù)運算與圖形、圖像處理能力，為滿足工程設(shè)

計、動畫制作、科學(xué)研究、軟件開發(fā)、金融管理、信息服務(wù)、模擬仿

真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計開發(fā)的高性能計算機。它屬于一種高檔的電腦，

一般擁有較大屏幕顯示器和大容量的內(nèi)存和硬盤，也擁有較強的信息

處理功能和高性能的圖形、圖像處理功能以及聯(lián)網(wǎng)功能；

(4)工業(yè)控制計算機

是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程及其機電設(shè)備、工藝裝備進行

檢測與控制的計算機系統(tǒng)總稱。簡稱控制機。它由計算機和過程輸入

輸出(I/O)通過兩大部分組成。計算機是由主機、輸入輸出設(shè)備和

外部磁盤機、磁帶機等組成。在計算機外部又增加一部分過程輸入/

輸出通道，用來完成工業(yè)生產(chǎn)過程的檢測數(shù)據(jù)送入計算機進行處理；

另一方面將計算機要行使對生產(chǎn)過程控制的命令、信息轉(zhuǎn)換成工業(yè)控

制對象的控制變量的信號，再送往工業(yè)控制對象的控制器去。由控制

器行使對生產(chǎn)設(shè)備運行控制。目前工控機的主要類別有：IPC(PC總

線工業(yè)電腦)、PLC(可編程控制系統(tǒng))、DCS(分散型控制系統(tǒng))、FCS

(現(xiàn)場總線系統(tǒng))及CNC(數(shù)控系統(tǒng))五種。

(5)臺式機(Desktop)

也叫桌面機，是一種獨立相分離的計算機，完完全全跟其它部件

無聯(lián)系，相對于筆記本和上網(wǎng)本體積較大，主機、顯示器等設(shè)備一般

都是相對獨立的，一般需要放置在電腦桌或者專門的工作臺上。因此

命名為臺式機。為現(xiàn)在非常流行的微型計算機，多數(shù)人家里和公司用

的機器都是臺式機。臺式機的性能相對較筆記本電腦要強。臺式機

具有如下特點：1、散熱性。臺式機具有筆記本計算機所無法比

擬的優(yōu)點。臺式機的機箱具有空間大、通風(fēng)條件好的因素而一直被人

們廣泛使用。2、擴展性。臺式機的機箱方便用戶硬件升級，如

光驅(qū)、硬盤。如現(xiàn)在臺式機箱的光驅(qū)驅(qū)動器插槽是4-5個，硬盤驅(qū)動

器插槽是4-5個。非常方便用戶日后的硬件升級。3、保護性。

臺式機全方面保護硬件不受灰塵的侵害。而且防水性就不錯在筆機本

中這項發(fā)展不是很好。4、明確性。臺式機機箱的開、關(guān)鍵重啟

鍵、USB、音頻接口都在機箱前置面板中，方便用戶的使用。

(6)筆記本電腦(Notebook或Laptop)

也稱手提電腦或膝上型電腦，是一種小型、可攜帶的個人電腦，

通常重上3公斤。它和臺式機架構(gòu)類似，但是提供了更好的便攜性：

包括液晶顯示器、較小的何種、較輕的重量。筆記本電腦除了鍵盤外,

還提供了觸控板(TouchPad)或觸控點(PointingStick),提供了

更好的定位和輸入功能。筆記本電腦可以大體上分為4類：商務(wù)型、

時尚型、多媒體應(yīng)用、特殊用途。商務(wù)型筆記本電腦一般可以概括為

移動性強、電池續(xù)航時間長、商務(wù)軟件多；時尚型外觀主要針對時尚

女性；多媒體應(yīng)用型筆記本電腦則有較強的圖形、圖像處理能力和多

媒體的能力，尤其是播放能力，為享受型產(chǎn)品。而且，多媒體筆記本

電腦多擁有較為強勁的獨立顯卡和聲卡(均支持高清)，并有較大的

屏幕；特殊用途的筆記本電腦是服務(wù)于專業(yè)人士，可以在酷暑、嚴寒、

低氣壓、戰(zhàn)爭等惡劣環(huán)境下使用的機型，有的較笨重，比如奧運會前

期在“華碩珠峰大本營IT服務(wù)區(qū)”使用的華碩筆記本電腦。

(7)手持設(shè)備(Handheld)

種類較多，包括平板電腦、PDA、SmartPhone、智能手機、3G手

機、Netbook、EeePC等，它們的特點是體積小。隨著3G時代的到來,

手持設(shè)備將會獲得更大的發(fā)展，其功能也會越來越強。

(8)嵌入式計算機(embeddedcomputers)

即嵌入式系統(tǒng)(embeddedsystems),是一種以應(yīng)用為中心、以

微處理器為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪的精簡計算機系統(tǒng)。它是計算機市場

中增長最快的領(lǐng)域，也是種類繁多，形態(tài)多種多樣的計算機系統(tǒng)。小

到日常生活隨處可見的智能電器、PDA(手持數(shù)據(jù)設(shè)備)，大到某些

昂貴的工業(yè)和醫(yī)用控制裝置，都有它們的身影。嵌入式系統(tǒng)的核心部

件是嵌入式處理器，分成4類，即嵌入式微控制器

(MicroContrllerUnit,MCU,俗稱單片機)、嵌入式微處理器

(MicroProcessorUnit,MPU)、嵌入式DSP處理器(DigitalSignal

Processor,DSP)和嵌入式片上系統(tǒng)(SystemonChip,SOC)0嵌入

式系統(tǒng)對系統(tǒng)的功能、成本、可靠性、實時性、體積、功耗等有嚴格

要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成按需而定，比如根據(jù)用途盡量簡化操作系統(tǒng)、

最小化存儲器、最小化接口和最小化功耗，以較低的成本來滿足應(yīng)用

的要求。

編輯本段新型計算機

仿生的生物計算機

生物計算機的主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，并

以此作為生物芯片，利用有機化合物存儲數(shù)據(jù)。在這種芯片中，信息

以波的形式傳播，當波沿著蛋白質(zhì)分子鏈傳播時，會引起蛋白質(zhì)分子

鏈中單鍵、雙鍵結(jié)構(gòu)順序的變化，例如一列波傳播到分子鏈的某一部

位，它們就像硅芯片集成電路中的載流子那樣傳遞信息。運算速度要

比當今最新一代計算機快10萬倍，它具有很強的抗電磁干擾能力，

并能徹底消除電路間的干擾。能量消耗僅相當于普通計算機的十億分

之一，且具有巨大的存儲能力。由于蛋白質(zhì)分子能夠自我組合，再生

新的微型電路，使得生物計算機具有生物體的一些特點，如能發(fā)揮生

物本身的調(diào)節(jié)機能，自動修復(fù)芯片上發(fā)生的故障，還能模仿人腦的機

制等。生物電路生物計算機的優(yōu)越性是十分誘人的，現(xiàn)在世界上許

多科學(xué)家在研制它，不少科學(xué)家認為，50年前的真空電子管，有誰

會想到今天的電子計算機能風(fēng)靡全球；當前的生物計算機正在靜悄悄

地研制著，有朝一日出現(xiàn)在科技舞臺上，就有可能徹底實現(xiàn)現(xiàn)有計算

機無法實現(xiàn)的人類右腦的模糊處理功能和整個大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理

功能。

量子計算機

據(jù)美國IBM公司科學(xué)家伊薩克、張介紹，量子計算機是利用原子

所具有的量子特性進行信息處理的一種全新概念的計算機。量子理論

認為，非相互作用下，原子在任一時刻都處于兩種狀態(tài)，稱之為量子

超態(tài)。原子會旋轉(zhuǎn)，即同時沿上、下兩個方向自旋，這正好與電子計

算機。與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起，它們不會像電子計

算機那樣進行的線性運算，而是同時進行所有可能的運算，例如量子

計算機處理數(shù)據(jù)時不是分步進行而是同時完成。只要40個原子一起

計算，就相當于今天一臺超級計算機的性能。量子計算機以處于量子

狀態(tài)的原子作為中央處理器和內(nèi)存，其運算速度可能比目前的奔騰4

芯片快10億倍，就像一枚信息火箭，在一瞬間搜尋整個互聯(lián)網(wǎng)，可

以輕易破解任何安全密碼，黑客任務(wù)輕而易舉，難怪美國中央情報局

對它特別感興趣。

光子計算機

1990年初，美國貝爾實驗室制成世界上第一臺光子計算機。

光子計算機是一種由光信號進行數(shù)字運算、邏輯操作、信息存貯和處

理的新型計算機。光子計算機的基本組成部件是集成光路，要有激光

器、透鏡和核鏡。光子計算機由于光子比電子速度快，光子計算機

的運行速度可高達一萬億次。它的存貯量是現(xiàn)代計算機的幾萬倍，還

可以對語言、圖形和手勢進行識別與合成。目前，許多國家都

投入巨資進行光子計算機的研究。隨著現(xiàn)代光學(xué)與計算機技術(shù)、微電

子技術(shù)相結(jié)合，在不久的將來，光子計算機將成為人類普遍的工具。

光子計算機與電子計算機相比，主要具有以下優(yōu)點：（1）超高速

的運算速度。光子計算機并行處理能力強，因而具有更高的運算速度。

電子的傳播速度是593km/s,而光子的傳播速度卻達3X10'5km/s,

對于電子計算機來說，電子是信息的載體，它只能通過一些相互絕緣

的導(dǎo)線來傳導(dǎo)，即使在最佳的情況下，電子在固體中的運行速度也遠

遠不如光速，盡管目前的電子計算機運算速度不斷提高，但它的能力

極限還是有限的；此外，隨著裝配密度的不斷提高，會使導(dǎo)體之間的

電磁作用不斷增強，散發(fā)的熱量也在逐漸增加，從而制約了電子計算

機的運行速度；而光子計算機的運行速度要比電子計算機快得多，對

使用環(huán)境條件的要求也比電子計算機低得多。（2）超大規(guī)模的信

息存儲容量。與電子計算機相比，光子計算機具有超大規(guī)模的信息存

儲容量。光子計算機具有極為理想的光輻射源——激光器，光子的

傳導(dǎo)是可以不需要導(dǎo)線的，而且即使在相交的情況下，它們之間也不

會產(chǎn)生絲毫的相互影響。光子計算機無導(dǎo)線傳遞信息的平行通道，其

密度實際上是無限的，一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過能力

竟是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的許多倍。（3）能量消耗小，散發(fā)

熱量低，是一種節(jié)能型產(chǎn)品。光子計算機的驅(qū)動，只需要同類規(guī)格的

電子計算機驅(qū)動能量的一小部分，這不僅降低了電能消耗，大大減少

了機器散發(fā)的熱量，而且為光子計算機的微型化和便攜化研制，提供

了便利的條件?？茖W(xué)家們正試驗將傳統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)換器和光子結(jié)合起

來，制造一種“雜交”的計算機，這種計算機既能更快地處理信息，

又能克服巨型電子計算機運行時內(nèi)部過熱的難題。目前，光子

計算機的許多關(guān)鍵技術(shù)，如光存儲技術(shù)、光互連技術(shù)、光電子集成電

路等都已經(jīng)獲得突破，最大幅度地提高光子計算機的運算能力是當前

科研工作面臨的攻關(guān)課題。光子計算機的問世和進一步研制、完善，

將為人類跨向更加美好的明天，提供無窮的力量。

混合計算機

混合計算機（hybridcomputer）可以進行數(shù)字信息和模擬物理

量處理的計算機系統(tǒng)。混合計算機通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)

字計算機和模擬計算機連接在一起，構(gòu)成完整的混合計算機系統(tǒng)?；?/p>

合計算機一般由數(shù)字計算機、模擬計算機和混合接口三部分組成，其

中模擬計算機部分承擔快速計算的工作，而數(shù)字計算機部分則承擔高

精度運算和數(shù)據(jù)處理。混合計算機同時具有數(shù)字計算機和模擬計算機

的特點：運算速度快、計算精度高、邏輯和存儲能力強、存儲容量大

和仿真能力強。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，混合計算機主要應(yīng)用于航

空航天、導(dǎo)彈系統(tǒng)等實時性的復(fù)雜大系統(tǒng)中。在混合計算機上

操作時，來自模擬計算機的模擬變量通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字變

量，傳送至數(shù)字計算機。同時，來自數(shù)字計算機的數(shù)字變量通過數(shù)模

轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，傳送至模擬計算機。除了計算變量的轉(zhuǎn)換和

傳送外，還有邏輯信號和控制信號的傳送。用以完成并行運算的模擬

計算機和串行運算的數(shù)字計算機在時間上同步。數(shù)字計算機每完成一

幀運算，就與模擬計算機交換一次信息，修正一次數(shù)據(jù)，而在兩次信

息交換的時間間隔(幀)內(nèi)，兩種計算機都以前一幀的計算結(jié)果作為初

值進行運算。這個時間間隔稱為幀同步時間。對混合程序的設(shè)計，要

求用戶考慮模型在不同計算機上的分配、對幀同步時間的選擇以及對

連接系統(tǒng)硬件特性的了解等。現(xiàn)代混合計算機已發(fā)展成為一種

具有自動編排模擬程序能力的混合多處理機系統(tǒng)。它包括一臺超小型

計算機、一兩臺外圍陣列處理機、幾臺具有自動編程能力的模擬處理

機；在各類處理機之間，通過一個混合智能接口完成數(shù)據(jù)和控制信號

的轉(zhuǎn)換與傳送。這種系統(tǒng)具有很強的實時仿真能力，但價格昂貴。

智能型計算機

智能計算機(intelligentcomputers)迄今未有公認的定義智

能型計算機。計算理論的奠基人之一A.圖靈定義計算機為處理離散

量信息的數(shù)字計算機。而對數(shù)字計算機能不能模擬人的智能這一原則

問題，存在截然對立的看法。1937年A.丘奇和圖靈分別獨立地提出

關(guān)于人的思維能力與遞歸函數(shù)的能力等價的假說。這一未被證明的假

說后來被一些人工智能學(xué)者表述為：如果一個可以提交給圖靈機的問

題不能被圖靈機解決，則這個問題用人類的思維也不能解決。這一學(xué)

派繼承了以邏輯思維為主的唯理論與還原論的哲學(xué)傳統(tǒng)，強調(diào)數(shù)字計

算機模擬人類思維的巨大潛力。另一些學(xué)者，如H.德雷福斯等哲學(xué)

家肯定地認為以圖靈機為基礎(chǔ)的數(shù)字計算機不能模擬人的智能。他們

認為數(shù)字計算機只能做形式化的信息處理，而人的智能活動不一定能

形式化，也不一定是信息處理，不能把人類理智看成是由離散、確定

的與環(huán)境局勢無關(guān)的規(guī)則支配的運算。這一學(xué)派原則上不否認用接近

于人腦的材料構(gòu)成智能機的可能性，但這種廣義的智能機不同于數(shù)字

計算機。還有些學(xué)者認為不管什么機器都不可能模擬人的智能，但更

多的學(xué)者相信大腦中大部分活動能用符號和計算來分析。必須指出，

人們對于計算的理解在不斷加深與拓寬。有些學(xué)者把可以實現(xiàn)的物理

過程都看成計算過程?；蛞部梢钥闯砷_關(guān)，一個細胞的操作也能用

計算加以解釋，即所謂分子計算。從這種意義講，廣義的智能計算機

與智能機器或智能機范疇幾乎一樣。

單片型計算機

單片計算機（single-chipcomputer）是指將計算機的主要部件

制作在一個集成芯片上的微型計算機。單片計算機又稱為單片機或微

控制器，從20世紀70年代開始，出現(xiàn)了4位單片計算機和8位單片

計算機，20世紀80年代出現(xiàn)16位單片機，性能得到很大的提升，

20世紀90年代又出現(xiàn)了32位單片機和使用FLASH存儲的微控制器。

由于單片機的集成度高，所以單片計算機具有體積小、功耗低、控制

功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于智能儀

器儀表的制造、通過構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)控制、家用智能電器的

制造、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的使用和醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)。

編輯本段計算機的應(yīng)用

計算機的應(yīng)用已滲透到社會的各個領(lǐng)域，正在改變著人們的工

作、學(xué)習(xí)和生活的方式，推動著社會的發(fā)展。歸納起來可分為以下幾

個方面：

1.科學(xué)計算（數(shù)值計算）

科學(xué)計算也稱數(shù)值計算。計算機最開始是為解決科學(xué)研究和工程

設(shè)計中遇到的大量數(shù)學(xué)問題的數(shù)值計算而研制的計算工具。隨著現(xiàn)代

科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，數(shù)值計算在現(xiàn)代科學(xué)研究中的地位不斷提

高，在尖端科學(xué)領(lǐng)域中，顯得尤為重要。例如，人造衛(wèi)星軌跡的計算,

房屋抗震強度的計算，火箭、宇宙飛船的研究設(shè)計都離不開計算機的

精確計算。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人類社會的各領(lǐng)域中，計算機的

應(yīng)用都取得了許多重大突破，就連我們每天收聽收看的天氣預(yù)報都離

不開計算機的科學(xué)計算。

2.數(shù)據(jù)處理（信息處理）

在科學(xué)研究和工程技術(shù)中，會得到大量的原始數(shù)據(jù)，其中包括大

量圖片、文字、聲音等信息處理就是對數(shù)據(jù)進行收集、分類、排序、

存儲、計算、傳輸、制表等操作。目前計算機的信息處理應(yīng)用已非常

普遍，如人事管理、庫存管理、財務(wù)管理、圖書資料管理、商業(yè)數(shù)據(jù)

交流、情報檢索、經(jīng)濟管理等。信息處理已成為當代計算機的

主要任務(wù)。是現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，全世界計算機用于數(shù)據(jù)處

理的工作量占全部計算機應(yīng)用的80%以上，大大提高了工作效率，提

高了管理水平。

3.自動控制

自動控制是指通過計算機對某一過程進行自動操作，它不需人工

干預(yù)，能按人預(yù)定的目標和預(yù)定的狀態(tài)進行過程控制。所謂過程控制

是指對操作數(shù)據(jù)進行實時采集、檢測、處理和判斷，按最佳值進行調(diào)

節(jié)的過程。目前被廣泛用于操作復(fù)雜的鋼鐵企業(yè)、石油化工業(yè)、醫(yī)藥

工業(yè)等生產(chǎn)中。使用計算機進行自動控制可大大提高控制的實時性和

準確性，提高勞動效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。計

算機自動控制還在國防和航空航天領(lǐng)域中起決定性作用，例如，無人

駕駛飛機、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等飛行器的控制，都是靠計算