1.1 计算机的发展与分类

1.1.1 计算机的发展史

第一台计算机于1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学，它的名字叫“ENIAC”（Electronic Numerical Integrator and Calculator），是宾州大学莫克利（John Mauchly）教授和他的学生埃克特（J.P.Eckert）博士为军事目的而研制的。该计算机以电子管为主要元件，其内存为磁鼓（存储容量小），外存为磁带，操作由中央处理器控制，使用机器语言编程，运算速度为5000次/秒，主要应用领域为数值计算。

ENIAC虽是一台计算机，但它还不具备现代计算机“在机内存储程序”的主要特征。1946年6月，曾担任ENIAC小组顾问的美籍匈牙利科学家冯·诺依曼（John Von Neumman）教授发表了《电子计算机逻辑结构初探》的论文，并为美国军方设计了第一台存储程序式的计算机 EDVAC（the Electronic Discrete Variable Automatic Computer，电子离散变量计算机）。与ENIAC相比，EDVAC有两点重要的改进：一是采用二进制，提高了运行效率；二是把指令存入计算机内部。但世界上第一台真正实现存储程序式的计算机是EDSAC（the Electronic Delay Storage Automatic Calculator），于1949年5月研制成功并投入运行。

1959年，第二代计算机出现，其特征是以晶体管为主，内存为磁芯存储器，外存为磁盘或磁带，运算速度为每秒几万到几十万次，使用高级语言（如FORTRAN、COBOL等）编程，主要应用领域为数值计算、数据处理及工业过程控制。

1965年，第三代计算机出现，其特征是以集成电路（由晶体管、电阻、电容等电子元件集成的一个小硅片）为主，内存为半导体存储器，外存为磁盘，运算速度为每秒几十万次到几百万次，机种成系列，采用积木式结构及标准输入/输出接口，用高级语言编程，以操作系统来管理硬件资源，主要应用领域为信息处理（处理数据、文字、图像）。

1970年左右，第四代计算机出现，其特征是以大规模及超大规模集成电路（一个芯片上可集成数十个到上百万个晶体管）为主，内存为半导体存储器，外存为磁盘，运算速度为每秒几百万次到上亿次，应用领域扩展到各个方面。此时微型计算机也开始出现，并在20世纪80年代得到了迅速推广。

20 世纪 80 年代，日本首先提出了第五代计算机的研制计划，其主要目标是使计算机具有人类的某些智能，如听、说、识别对象，并且具有一定的学习和推理能力。目前科学家正在研究的新一代计算机有神经网络计算机和生物计算机等。

1.1.2 计算机技术发展动向

计算机未来的发展方向是巨型化、微型化、网络化、智能化及多媒体化。

“巨型化”是指发展高速度、存储容量大和功能更强的巨型计算机。巨型计算机代表了一个国家科学技术和工业发展的水平。目前每秒几百亿次的巨型计算机已经投入使用，每秒上千亿次的巨型计算机也正在研制当中。巨型计算机主要应用在天文、气象、地质、航空、航天等尖端的科学技术领域。

“微型化”是指体积更小、价格更低、功能更强的微型计算机。各种便携式和手掌式计算机已大量投入使用。

“网络化”是指把计算机组成更广泛的网络，以实现资源共享及信息交换。网络化是当今计算机的发展趋势，Internet的迅速发展就充分地说明了这一点。计算机网络是信息社会的重要技术基础。网络化可以充分利用计算机的宝贵资源并扩大计算机的使用范围，为用户提供方便、及时、可靠和灵活的信息服务。

“智能化”是指使计算机可模拟人的感觉并具有类似人类的思维能力，如推理、判断、感觉等，从而使计算机成为智能计算机。对智能化的研究包括模式识别、自然语言的生成与理解、定理自动证明、自动程序设计、学习系统和智能机器人等内容。

“多媒体化”是指计算机可处理数字、文字、图像、图形、视频及音频等多种信息。多媒体技术使多种信息建立了有机的联系，集成为一个具有交互性的系统。多媒体计算机将真正改善人机界面，可使计算机向人类接受和处理信息的最自然方式发展。

1.1.3 计算机的分类

计算机发展到今天，已是琳琅满目、种类繁多，并表现出各自不同的特点。可以从不同的角度对计算机进行分类。

按计算机信息的表示形式和对信息的处理方式不同，计算机分为数字计算机（Digital Computer）、模拟计算机（Analogue Computer）和混合计算机。数字计算机所处理数据都是以0和1表示的二进制数字，是不连续的离散数字。模拟计算机所处理的数据是连续的，称为模拟量。模拟量以电信号的幅值来模拟数值或某物理量的大小，如电压、电流、温度等都是模拟量。混合计算机则是集数字计算机和模拟计算机的优点于一身。

按计算机的用途不同，计算机分为通用计算机（General Purpose Computer）和专用计算机（Special Purpose Computer）。通用计算机广泛适用于一般科学运算、学术研究、工程设计和数据处理等，具有功能多、配置全、用途广、通用性强的特点，市场上销售的计算机多属于通用计算机。专用计算机是为适应某种特殊需要而设计的计算机，通常增强了某些特定功能，忽略一些次要要求，所以专用计算机能高速度、高效率地解决特定问题，具有功能单纯、使用面窄，甚至专机专用的特点。

计算机按其运算速度快慢、存储数据量的大小、功能的强弱，以及软硬件的配套规模等不同又分为巨型机、大中型机、小型机、微型机、工作站与服务器等。

我国将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。第一、第二代计算机主要是大型机，第三代计算机有大、中、小三类，第四代计算机则包括了所有类别。

1989年11月，美国电气电子工程师学会（IEEE）将计算机分为主机、小型机、个人计算机、巨型机、小巨型机和工作站6类。

1.主机（Mainframe）

主机就是主干机、大型机，这类机器通常都安装在机架（Frame）上，如IBM 360/ 370/4300/390等系列机。这些计算机具有大容量的内存和外存，可进行并行处理，具有速度高、容量大、处理和管理能力强的特点。主机主要使用在大银行、大公司、高等学校和科研院所当中。

2.小型机（Minicomputer或Minis）

小型机具有结构简单、成本较低、不需要长期培训就可以维护和使用的特点，受到了中小用户的欢迎，如美国DEC公司的PDP系列计算机、VAX系列计算机。

3.个人计算机（Personal Computer）

现在使用的计算机通常都是个人计算机，也称微型计算机，简称微机。个人计算机具有轻、小、（价）廉、易（用）的特点。

4.巨型机（Super Computer）

巨型机是计算机中价格最贵、功能最强的计算机，主要使用在尖端科学领域，如战略武器的设计、空间技术、石油勘探、中长期天气预报等，如美国CDC公司的Cray系列机、我国研制的银河系列机等均属此类。

5.小巨型机（Minisupers）

小巨型机是指力求保持或略为降低巨型机性能的前提下，较大幅度降低其价格后生产的计算机，如美国Convex公司的C系列计算机等。

6.工作站（Workstation）

工作站是介于个人计算机和小型机之间的一种高档微机，具有较强的数据处理能力、高性能的图形功能和内置的网络功能，如 HP、SUN 公司生产的工作站。这里所说的工作站与网络中所说的工作站含义不同，后者很可能是指一台普通的个人计算机。