第1-2節(jié)計算機的發(fā)展

第一單元信息社會與計算機

1.1信息技術(shù)概述

1.2計算機與信息處理

/

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1.1信息技術(shù)概述

1.1.1信息的基本概念

1.1.2信息科學與信息技術(shù)

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1.1.1信息的基本概念

1.自然界的三種資源

2.信息與數(shù)據(jù)

3.信息的基本特征

4.信息的主要作用

5.信息處理

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1.自然界的三種資源

第一資源:__________

動植物等自然資源

在自然界里可以再生，

因而被稱為可再生資源,

即第一資源。

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自然界的三種資源

第二資源

金屬、非金屬及礦物、能源等物質(zhì)資源，使用之后就

不會再生，因此叫做非再生資源，也叫做第二資源。

第三資源

信息是區(qū)別于物質(zhì)與能量的第三資源。

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自然界的三種資源

三種資源之間的關(guān)系

眾所周知，世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，物質(zhì)是運動著的!

度量物質(zhì)運動的一種物理量叫能量。:

信息的產(chǎn)生、傳遞、存儲、處理都少不了物質(zhì)。信息;

也離不開能量，收集、轉(zhuǎn)換、傳遞信息都需要能量。:

信息源于物質(zhì)，源于物質(zhì)的運動，沒有物質(zhì)也就沒有?

信息。;

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2.信息與數(shù)據(jù)

119120數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)（Data,又稱資料）是對:

客觀事物記錄下來的可以鑒別的符

號。這些符號不僅指數(shù)字，而且包I

括字符、文字、圖形等。

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信息與數(shù)據(jù)

/./、■J.■，"..，、

信息

信息是經(jīng)過加工以后、并對客觀世界產(chǎn)生影響的

數(shù)據(jù)。

廣義地說，信息就是人類的一切生存活動和自然

存在所傳達出來的信號和消息。

信息的分類

信息可以從不同角度分類。

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數(shù)值信息

圖像信息

聲音信息

管理信息

社會信息

科技信息

宇宙信息

地球自然信息

人類社會信息

一次信息

二次信息….

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3.信息的基本特征

1.普遍性、無限性和客觀性

2.共享性

3.存儲性

4.傳輸性

5.擴散性

6.轉(zhuǎn)換性

7.度量性

8.壓縮性

4.信息的主要作用

1.信息是人類認識客觀世界及其發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)

2.信息是客觀世界和人類社會發(fā)展過程中不可缺少

的資源要素

3.信息是科學技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的橋梁和工具

4.信息是管理和決策的主要參考依據(jù)

5.信息是國民經(jīng)濟和發(fā)展的保證

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5.信息處理

1.信息的米集

2.信息的存儲

3.信息的加工

4.信息的傳輸

5.信息的檢索

6.信息的發(fā)布

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1.2計算機與信息處理

1.2.1計算機的發(fā)展簡史

1.2.2計算機的分類

1.2.3計算機的應(yīng)用

1.2.4計算機的新技術(shù)

1.2.5未來計算機

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1.2.1計算機的發(fā)展簡史

1.早期的計算工具

2.計算機的誕生

3.計算機的發(fā)展史

4.中國計算機發(fā)展簡史

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算籌

1.早期的計算工具

算籌

2000多年前中國的春秋戰(zhàn)國時

代，中國人發(fā)明的算籌是有實物作

證的人類最早的計算工具。算籌不

僅可以替代手指來幫助計數(shù)，而且

能做加減乘除等數(shù)學運算。

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算籌

算籌記數(shù)法

123456789

；縱式IIIHImimuTIT￥inr

i橫式—-L

1.......................................................

“凡算之法，先識其位。一從十橫，百立于

僵，千十相望，萬百相當?！?/p>

236II=T22211=II

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算盤

算盤

在大約六、七百年前，中國人

;發(fā)明了更為方便的算盤，它結(jié)合了:

j十進制計數(shù)法和一整套計算口訣，

j能夠很方便地實現(xiàn)各種基本的十進j

I制計算，至今仍然沒有退出歷史舞1

:臺。有一種看法，認為算盤是最早I

;的數(shù)字計算機器，而珠算口訣則是;

!最早的體系化的算法。兩千年前，!

j中華民族發(fā)明的算盤是人類借助于J

|工具進行數(shù)字計算的開端。|

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計算尺

計算尺

1621年，英國人岡特(E.Gunter)發(fā)明了計算尺，它的

出現(xiàn)開創(chuàng)了模擬計算的先河。岡特計算尺是世界上最早的

模擬計算工具。在此基礎(chǔ)上，人們又發(fā)明了多種類型的其

他計算尺，這些計算尺曾經(jīng)為科學和工程計算做出了巨大

的貢獻。直到20世紀中葉，它才逐漸被袖珍計算器取代。

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機械式計算機

加法器

1642年，法國數(shù)學家帕斯卡

(B.Pascal)利用齒輪技術(shù)制成

了世界上第一臺最簡單的機械計

算機----加法機，它解決了自動

進位這一關(guān)鍵問題，它是由一系

列的齒輪連結(jié)起來的輪子組成。

加法器的設(shè)計原理對計算機器的

發(fā)展產(chǎn)生了持久的影響。

加法器內(nèi)部

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機械式計算機

乘除器

1673年，德國數(shù)學家萊布尼茲(G?W?Leibniz)在加法

機的基礎(chǔ)上設(shè)計完成了能進行加、減、乘、除的機械乘除器|

(乘法自動計算機)。萊布尼慈不僅發(fā)明了手動的可進行完:

整四則運算的機械式計算設(shè)備，還提出了“可以用機械替代?

人進行繁瑣重復的計算工作”這一重要思想。

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機械式計算機

差分機

1822年，英國數(shù)學家巴比奇

(CharlesBabbage)嘗試設(shè)計用于航

海和天文計算的差分機，這是最早采

用寄存器來存儲數(shù)據(jù)的計算機。

這是一臺用來計算多項式的加法

機，巴比奇用這臺機器計算了平方表

和其他一些表格(函數(shù)數(shù)值表)。

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機械式計算機

分析機

1834年，巴比奇又完成了一項：

新計算裝置的構(gòu)想，該計算裝置具；

I

有通用性，能解決數(shù)學上的各種問:

題，不僅可以進行數(shù)字運算，而且i

還能進行邏輯運算，巴比奇把這種

裝置命名為“分析機”。按巴比奇

的方案，分析機以蒸汽為動力，通

過大量齒輪來傳動。這個分析機已

經(jīng)有了今天計算機的基本框架。

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機電式計算機

制表機

1884年，美國人赫爾曼?霍勒瑞

斯(HermanHollerith)受至U提花

織機的啟發(fā)，想到用穿孔卡片來

表示數(shù)據(jù)，制造出了第一臺機電

式穿孔卡系統(tǒng)——制表機。

穿孔卡片

I

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機電式計算機

Z?1機電式計算機

1937年，德國工程師楚澤

(KonradZuse)制造了Z~j

式計算機，1941年又制造出;

??????■?

wrwi?■■■■,■■

全部采用繼電器，同時采用:rnVfvisvfif

數(shù)法、二進制運算、帶數(shù)字,

址的指令形式等，這是世界

臺真正的通用程序控制的計

Zuse和Z-3

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機電式計算機

MARK-]

1944年5月，由美國人霍華德?艾肯

(HowardAiken)提出、

動序列控制演算器（ASCC

它結(jié)合了霍勒瑞斯的“穿孔

奇的通用可編程機器的思想

I正式在哈佛大學投入運行o

向開發(fā)與生產(chǎn)計算機之路。

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計算機的誕生

1946年2月，世界上第一臺

電子數(shù)值積分計算機

（ElectronicNumerical

IntegratorAndCalculator,簡

稱ENIAC）宣告研制成功。承

擔開發(fā)任務(wù)的“莫爾小組”由

莫契利（總設(shè)計師）、埃克特

（總工程師）、格爾斯（數(shù)學

家）、勃克斯（數(shù)學家）和另

外四位科學家組成。

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計算機的誕生

ENIAC簡介

ENIAC用電子管代替繼電

器和其他半機械式裝置T-

用了18000多只電子管，

150Kw,占地170m2。J

給這個龐然大物散熱，

為它配備了一臺重約30

冷卻裝置。在ENIAC*

上，是通過不同部分之|

、

重新接線進行編程。ENIAC背部（電子管）

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3.計算機發(fā)展史

時代年份元器件處理方式應(yīng)用領(lǐng)域

機器語言

11946~1957電子管科學計算

匯編語言

監(jiān)控程序數(shù)據(jù)處理

21958~1964晶體管

高級語言過程控制

實時處理系統(tǒng)設(shè)計

31965~1970集成電路

操作系統(tǒng)科技工程領(lǐng)域

大規(guī)模、超大規(guī)實時/分式處理

41971~現(xiàn)在各行各業(yè)

模集成電路網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

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?第1代計算機（1946年?1957年）

采用及作為邏輯

元件，利用作為主要的主要的外

部存儲介質(zhì)，體積龐大，重量驚人，耗

電量大，運算能力很有限。

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第1代計算機

EDVAC

；1950問世的EDVAC計算

I

I

i機是典型的第1代電子計算機,

I

;首次實現(xiàn)了馮?諾依曼體系的

I

I

:兩個重要設(shè)想：存儲程序和采

I

;用二進制。

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第1代計算機

EDSAC

1949年，劍橋大學的科學

家MauriceWilkes研制完成了

EDSAC,即延遲存儲電子自

動計算機，它比EDVAC早兩

年問世。因此，EDSAC成了

第一臺通用的可存儲程序的計

算機。

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第1代計算機

UNIVAC-

第一臺通用計算機，它是繼ENIAC之

后由莫奇利和?？颂卦俣群献髟O(shè)計的O

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第1代計算機

IBM-701

IBM公司的IBM-701擊敗了競爭對手UNIVAC,

：一舉奠定了藍色巨人在計算機產(chǎn)業(yè)界的領(lǐng)袖地位。

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第1代計算機

這一時期的計算機沒有系統(tǒng)軟件，只能

用機器語言和匯編語言編程。計算機只能在

少數(shù)尖端領(lǐng)域中得到應(yīng)用，一般用于、

等方面的計算。盡管存在這些局限性，

但它卻奠定了計算機發(fā)展的基礎(chǔ)。

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?第2代計算機（1958年?1964年）

采用吉體管作為電子元件，利用磁芯

制造主存，利用磁鼓和磁盤取代穿孔卡作

為主要的外部存儲介質(zhì)。計算速度從每秒

幾千次提高到幾十萬次，主存儲器的存儲

量從幾千字節(jié)提高到10萬字節(jié)以上。

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第2代計算機

TRADIC型

1954年，美國貝爾實驗室研制

成功第一臺使用晶體管的第2代計算；

I

機TRADIC,它裝有800只晶體管，；

I

功率為100W,占地3平方英尺。:

I

TRADIC采用了浮點運算，計算：

能力實現(xiàn)了一次飛躍。；

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第2代計算機

IBM-7000系歹U

1959年，IBM公司推出了晶體管化的

7000系列計算機，其典型產(chǎn)品是IBM-7090

型計算機，它的它的體積凝

度卻更快，主存容量達到3：

到1964年一直統(tǒng)治著科學力

作為第二代電子計算機的J

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第2代計算機

這一時期的計算機除了大量用于科學計算,

還逐漸被用來進行商務(wù)處理。在這個時期，出現(xiàn)

了監(jiān)控程序，提出了操作系統(tǒng)的概念。同時，還

出現(xiàn)了COBOL和FORTRAN等高級語言。

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?第3代計算機（1965年?1970年）

采用電路作為電子元件，使用硅

半導體制造存儲器。計算機的體積和耗電

量大大減小，運算速度卻大大提高，計算

機的性能和穩(wěn)定性也得到進一步提高。

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第3代計算機

IBMS/360

IBM公司于1964年研制出計算機

歷史上最成功的機型之一IBMS/360,

稱為“藍色巨人”。IBMS/

是最早使用集成電路的通用

它是使用集成電路的第三代

機的里程碑式的產(chǎn)品。它開

計算機使用集成電路的先例

從此進入了集成電路時代。

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第3代計算機

PDP-11

1960年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司

(DEC)生產(chǎn)了第一臺速度為每秒

3000次的小型集成電路計算機，以后

又陸續(xù)生產(chǎn)出了PDP-4,PDP-5等型

號；1965年又生產(chǎn)出了PDP-8型機，

這是當時最便宜的計算機。1970年，

DEC公司又推出PDP-11系列，首次

在小型機中采用了大型機應(yīng)用的堆棧

技術(shù)，結(jié)構(gòu)靈活，可以擴展。

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第3代計算機

ILLIAC-IV

美國ILLIAC-IV計算機，

是第一臺全面使用大規(guī)模集

成電路作為邏輯元件和存儲

器的計算機，它標志著計算

機的發(fā)展已到了第4代。

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第3代計算機

在這一時期，廣泛使用微程序技術(shù)簡化

處理機設(shè)計；操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)；結(jié)構(gòu)化程

序設(shè)計方法的出現(xiàn)，為研制復雜的軟件提供

了技術(shù)上的保證。系列化、通用化和標準化

是這一時期計算機設(shè)計的基本思想。

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?第4代計算機(1971年?現(xiàn)在)

采用大規(guī)模(LSI)和超大規(guī)模(VLSI)

集成電路作為電子元件，使用集成度更

高的半導體元件做主存儲器。在此期間,

微處理器產(chǎn)生并得到了高速發(fā)展，個人

微型計算機市場迅速擴大。

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第4代計算機

IBMPC

1981年8月12日,IBM在紐;

約宣布IBM-PC個人電腦出世，j

個人電腦以前所未有的廣度和；

速度面向大眾普及。；

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第4代計算機

AppleMacintosh計算機系列

Apple公司于1984年推出

Macintosh計算機系列，

Macintosh首次采用了友好的

圖形用戶界面(GUI),用戶可

以用鼠標方便地操作。

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|第4代計算機

[VAX-11/780小型機

1977年，DEC公司推出的

32位VAX—11/780小型機的邏

輯尋址空間高達40億，并有設(shè)

計良好的存儲管理，使程序員

能夠得心應(yīng)手地編程。

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第4代計算機

Cray系列巨型機

20世紀70年代以后，巨型計算機也取得

了長足發(fā)展，其代表產(chǎn)品是Cray系列巨型機。

1972年，克雷(SeymourCray)創(chuàng)建克雷研

究公司(CrayResearch),1976年研制出超-

級計算機Cray-L其峰值速度達160Mflops

(浮點運算)，實現(xiàn)了當時絕無僅有的超高

速。1985年問世的Cray-2巨型機峰值速度更

是達到L951Gflops,從而引發(fā)了各大計算機

公司研制超級計算機的熱潮。

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第4代計算機

在這一時期，計算機在體系結(jié)構(gòu)方面，

發(fā)展了并行處理機、分布式處理機和多處

理機等計算機系統(tǒng)。操作系統(tǒng)不斷完善，

應(yīng)用軟件已成為現(xiàn)代工業(yè)的一部分。

計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了

計算機網(wǎng)絡(luò)。

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■計算機的發(fā)展趨勢

21世紀是人類走向信息社會的世紀、

是網(wǎng)絡(luò)的時代、是超高速信息公路建設(shè)

取得實質(zhì)性進展并進入應(yīng)用的時代。計

算機的發(fā)展趨勢更加趨于巨型化、微型

化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

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計算機的發(fā)展趨勢

DeepBlue

；1997年，IBM一臺名為

I

深藍”(DeepBlue)的

:“計算機棋手”，出人意料

I

I

i地戰(zhàn)勝了它的人類對手一被

I

:譽為“歷史上最偉大的國際

I

:象棋大師”的卡斯帕羅夫

1I;

:(Kasparov)。

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計算機的發(fā)展趨勢

未來的計算機將是微電子技術(shù)、光學技j

術(shù)、超導技術(shù)、生物技術(shù)和電子仿生技術(shù)

等相互結(jié)合的產(chǎn)物。屆時計算機將發(fā)展到

一個更高、更先進的水平。I

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4.中國計算機發(fā)展簡史

華羅庚是我國計算技術(shù)的奠基人和最

主要的開拓者之一。

1952年，華羅庚從清華大學電機系物

色了閔乃大、夏培肅和王傳英三位科研人

員在他任所長的中國科學院數(shù)學所內(nèi)建立

了中國第一個電子計算機科研小組。

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中國計算機發(fā)展簡史

?第1代(1958?1964年)

103機

我國從1957年開始研制通用數(shù)字

電子計算機。1958年8月1日該機可

以表演短程序運行，標志著我國第

一臺電子計算機誕生。該機定名為

103型計算機（即DJS-1型），共生

產(chǎn)38臺。

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中國計算機發(fā)展簡史

第2代（1965年?1972年）

109機

我國在研制第一代電子

管計算機的同時，已開始研

制晶體管計算機。1965年研

制成功我國第一臺大型晶體

管計算機（109乙機）。

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中國計算機發(fā)展簡史

?第3代（1973年?80年代初）

1973年，北京大學與北京有線電廠等單位合作

研制成功運算速度每秒100萬次的大型通用計算機。

757向量機

1983年中國科學院計算所完成

我國第一臺大型向量機-757機，計

算速度達到每秒1000萬次。

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中國計算機發(fā)展簡史

銀河I型

:1983年，國防科大研

i制成銀河-I億次巨型計算!

j機。銀河-I巨型機是我國

：高速計算機研制的一個重

：要里程碑。彳

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中國計算機發(fā)展簡史

?第4代（80年代中期至今）

DJS-0520微機

：:1980年初我國不少單位也開始采用Z80,X86和

：M6800芯片研制微機。1983年12月，電子部六所研制成

功與IBMPC機兼容的微機DJS-0520。

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中國計算機發(fā)展簡史

曙光1000

：1995年，國家智能機中心推出了國內(nèi)第一臺具有大規(guī)

；模并行處理機（MPP）結(jié)構(gòu)的并行機曙光1000（含36個處

I

:理機），峰值速度每秒25億次浮點運算，實際運算速度上了

I

：每秒10億次浮點運算這一高性能臺階。

：2004年上半年推出每秒

I:浮點運算速度1萬億次的曙

：光4000超級服務(wù)器。

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中國計算機發(fā)展簡史

I神威II

I____________________________________I

2000年，我國研制成功高

性能計算機“神威I”。神威機

為可縮放的大規(guī)模并行計算機:；

系統(tǒng)，其峰值浮點運算速度為g

3840億次/秒。

神威機的研制成功，使我j

國成為繼美國、日本之后第三

個具備研制大規(guī)模高性能計算;

機系統(tǒng)能力的國家。

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1.2.2計算機的分類

1.按計算機原理分類

2.按計算機用途分類

3.按計算機性能分類

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數(shù)字計算機

按原理分類模擬計算機

混合計算機

通用計算機

按用途分類

專用計算機

巨型計算機

大/中型計算機

小型計算機

按規(guī)模分類微型計算機

工作站

服務(wù)器

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計算機的分類

1.按原理分類

數(shù)字電子計算機(DigitalComputer)

數(shù)字計算機處理的是非連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在

時間上是離散的。數(shù)字電子計算機是當今世界電子計算機1

行業(yè)中的主流。：：

模擬電子計算機(AnalogComputer)

：模擬計算機處理的是連續(xù)的物理量，如電壓、電流、

j溫度等。一般說來，模擬計算機不如數(shù)字計算機精確、通

:用性不強，但解題速度快，主要用于過程控制和模擬仿真。

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計算機的分類

混合式電子計算機(HybridComputer)

數(shù)?；旌嫌嬎銠C兼有數(shù)字和模擬兩種計算

機的特點，既能接收、處理和輸出模擬量，又

能接收、處理和輸出數(shù)字量。

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計算機的分類

2.按用途分類

通用計算機(GeneralPurposeComputer)

通用計算機是指可解決各種問題，具有較強的通用性；

而設(shè)計的計算機。該機適用于一般的科學計算、學術(shù)研究、］

工程設(shè)計和數(shù)據(jù)處理等，這類機器本身有較大的適用面。!

專用計算機(SpecialPurposeComputer)

為適應(yīng)某種特殊應(yīng)用而設(shè)計的計算機，具有運行效率

高、速度快、精度高等特點。一般用在過程控制中，如智

能儀表、飛機的自動控制、導彈的導航系統(tǒng)等。

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計算機的分類

3.按性能分類

巨型計算機

巨型計算機是指運算速度快、存儲容量大，每秒可達1

5000萬次以上浮點運算速度，主存容量超過百萬個字節(jié)甚彳

至幾百萬兆字節(jié)的計算機。!

大型計算機

大型計算機其特點表現(xiàn)在通用性強、具有很強的綜合

處理能力、性能覆蓋面廣等。主要應(yīng)在公司、銀行、政府

部門、社會管理機構(gòu)和制造廠家等。

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計算機的分類

小型計算機

小型計算機通常是一個多用戶系統(tǒng)，具有規(guī)模較小、結(jié)

構(gòu)簡單、成本較低、操作簡單、易于維護、與外部設(shè)備連接

容易等特點，是在20世紀60年代中期發(fā)展起來的一類計算機。

薇亞訐算機

微型計算機是以微處理器為中央處理單元而組成的個

人計算機，簡稱微機。它是20世紀70年代出現(xiàn)新機種，其

特點設(shè)計先進、軟件豐富、功能齊全、價格便宜等。

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計算機的分類

工作站

工作站是一種高檔微機系統(tǒng)。它的獨特之處是有大容

量主存、大屏幕顯示器，具有較強的圖形交互與處理功能,

特別適合于計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域。

服務(wù)器

服務(wù)器是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備。

服務(wù)器一般具有高性能、大容量、高可靠性和可伸展性。

一般分為文件服務(wù)器、打印服務(wù)器和通信服務(wù)器等。

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1.2.3計算機的應(yīng)用

1.科學計算

2.數(shù)據(jù)處理

3.輔助控制

4.過程控制

5.人工智能

6.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

7.多媒體技術(shù)的應(yīng)用

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1.2.4計算機的新技術(shù)

1.芯片技術(shù)

2.并行處理技術(shù)

3.網(wǎng)格技術(shù)

4.藍牙技術(shù)

5.嵌入技術(shù)

6.中間件技術(shù)

7.普適計算技術(shù)

8.分布式計算技術(shù)

1.2.5未來計算機

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未來計算機

1.超導