1.1.3　计算机的特点和类型

1.计算机的特点

计算机是一种能存储程序，能自动连续地对各种数字化信息进行算术、逻辑运算的电子设备。由于计算机在处理对象、规模、性能和用途等方面有所不同，所以这样的计算机具有许多突出的特点。概括起来它们都具有以下几个主要特点：

（1）具有自动化控制能力

由于采用存储程序的工作方法，一旦输入编制好的程序，只要给定运行程序的条件，计算机从开始工作，直到得到处理结果，整个过程计算机可以自动地逐条执行这些程序指令，一般在运算处理过程中无须人直接干预，工作过程完全自动化。对工作过程中出现的故障，计算机还可以自动进行“诊断”“隔离”等处理。这是计算机的一个基本特点，也是它和其他计算工具最本质的区别。

（2）高速、精确的运算能力

计算机的运算速度通常是指每秒所执行的指令条数。一般计算机的运算速度可以达到上百万次，目前世界上已经有超过每秒亿亿次运算速度的巨型计算机。计算机的高速运算能力，为完成那些计算量大、时间性要求强的工作提供了保证，特别是能在地质、能源、气象、航空航天以及各种大型工程中发挥作用。

（3）强大的存储能力

计算机能存储数字、文字、图像、声音等各种信息，计算机的数据不但可以长期保留，还能根据需要随时存取、删除和修改其中的数据，而且它的“记忆力”惊人，它可以轻易“记住”一个大型图书馆的所有资料。计算机强大的存储能力不但表现在容量大，还表现在“长久”，对于需要长期保存的数据或资料，无论以文字形式还是以图像的形式，计算机都可以实现存储。计算机的大容量存储使得情报检索、事务处理、卫星图像处理等需要进行大量数据处理的工作可以通过计算机来实现。

（4）逻辑处理能力

计算机能够进行逻辑处理，也就是说它能够“思考”和“判断”，这是计算机科学一直为之努力实现的，虽然它现在的“思考”还局限在某一个专门的方面，还不具备人类思考的能力，但在信息查询等方面，它能够根据要求进行匹配检索，这已经是计算机的一个常规应用。

（5）具有网络与通信能力

计算机技术发展到今天，已可将几十台、几百台甚至更多的计算机连成一个网络，可将一个个城市、一个国家或地区的计算机连在一个计算机网络上。目前最大、应用范围最广的Internet，连接了全世界150多个国家和地区数亿台的各种计算机。网络中的所有计算机用户可共享网上资料、交流信息、互相学习，整个世界都可以互通信息。

2.计算机的类型

计算机的种类很多，可以从不同的角度对计算机进行分类。常用的计算机分类方法有3种，即按用途分类、按综合性能指标分类和按外形分类。

按规模和综合性能指标分类，可将计算机分为以下几种：

（1）巨型机（Supercomputer）

巨型机是一种超级计算机，其运算速度达每秒数千万亿次浮点小数运算，甚至可以达到每秒万万亿次以上。巨型机存储容量很大，结构复杂，功能完善，价格昂贵。巨型机主要运用于战略武器（如核武器和反导弹武器）的设计、空间设计、石油勘探、长期天气预报以及社会模拟等领域。在计算机系列中，巨型机运算速度最高、系统规模最大，具有最高一级的处理能力。截至2012年11月，全球超级计算机排行榜TOP500中，排名第一的是美国泰坦（Titan），它是一款克雷XK7超级计算机，使用560640个AMD皓龙处理器核心和261632个英伟达K20x加速器，性能达到了每秒1759千万亿次浮点运算。泰坦实物图如图1-3所示。目前，世界上只有少数几个国家能生产巨型机。

（2）大/中型机（Mainframe）

大/中型机是指通用性能好、外围设备负载能力强、处理速度快的一类机器。它有完善的指令系统，丰富的外围设备和功能齐全的软件系统。并允许多个用户同时使用。但这类计算机价格也比较昂贵，所以这类计算机主要用于科学计算机、数据处理或做网络服务器。以前的IBM公司一直在大/中型机市场处于霸主地位。IBM大型机实物图如图1-4所示。

（3）小型机（Minicomputer）

小型机具有规模较小、结构简单、成本较低、操作简单、易于维护，与外围设备连接容易等特点，适合作为联机系统的主机或者工业生产过程的自动化控制。早期的小型机也支持多用户，不过随着计算机规模与性价比的变化，多用户小型机慢慢淡出市场。现在的小型机主要被企业用作工程设计，或被政府机构和大学用作网络服务器，也被研究机构用来进行科学研究等。例如，许多高等院校的计算机中心都以一台小型机为主机，配以几十台甚至上百台终端机，以满足大量学生学习程序设计课程的需要。

（4）工作站（Workstation）

工作站是介于PC和小型机之间的一种高档微型机，是为了某种特殊用途而将高性能的计算机系统、输入/输出设备与专用软件结合在一起的系统。它的独到之处是有大容量主存、大屏幕显示器，特别适合于计算机辅助工程。主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。工作站的处理器性能和图像处理能力通常都非常高，但从外形上很难把它和一般微机区别开来，有时也把它称为“高档微机”。2010年视觉效果（Weta Digital）公司利用惠普Z800工作站为大片《阿凡达》制作了大量的CGI（计算机视觉成像）和特效。图1-5所示为惠普Z820图形工作站。

（5）嵌入式计算机

嵌入式计算机是把处理器和存储器以及接口电路直接嵌入设备中并执行专用功能的计算机，其特点是功耗低、体积小、集成度高等，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强。其运行的是固化的软件，即固件（Firmware），终端用户很难修改固件。嵌入式计算机系统是对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统，其在应用数量上远远超过了通用计算机，在家电、制造业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等领域都有极其广泛的应用。

（6）微型计算机（Microcomputer）

微型计算机简称微机，个人计算机（Personal Computer，PC）是其最具代表性的一种，以运算器和控制器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口和系统总线构成，体积小、结构紧凑、价格低。一般用作桌面系统，因此又称台式机，特别适合个人事务处理、网络终端等应用。大多数用户使用的都是这种类型的机器，它已经进入了家庭。微机也被应用在控制、工程、网络等领域。微机发展最显著的特征就是易于使用并且价格低廉。有关微机的组成及部件在后面章节中有进一步的介绍。