計算機的特點、用途和分類
計算機能夠按照程序確定的步驟,對輸入的數據進行加工處理、存儲或傳送,以獲得期望的輸出信息,從商利周這些信息來提高工作效率和社會生產率以及改善人們的生活質量。計算機之所以具有如此強大的功能,能夠應用於各個領域,這是由它的特點所決定的。
1.計算機的特點
計算機主要具有以下一些特點。
(1)高速、精確的運算能力。目前世界上已經有超過每秒萬萬億次運算速度的計算機。
(2)準確的邏輯判斷能力。計算機能夠進行邏輯處理,在信息查詢等方面,已能夠根據要求
進行匹配檢索。
(3)強大的存儲能力。計算機能存儲大量數字、文字、圖像、視頻、聲音等各種信息,並且可以「長久"保存。
(4)自動功能。計算機可以將預先編好的一組指令(稱為程序)先「記」下來,然後自動地逐條取出這些指令並執行,工作過程完全自動化,且可以反覆進行。
(5)網絡與通信功能。計算機技術發展到今天,不僅可將一個個城市的計算機連成一個網絡,而且能將一個個國家的計算機連在一個計算機網上。 目前最大、應用範圍最廣的是「國際網際網路」(Internet),在網上的所有計算機用戶可共享網上資料、交流信息、互相學習,整個世界都可以互通信息。 計算機網絡功能的重要意義是改變了人類交流的方式和信息獲取的途徑。
2.計算機的應用
計算機問世之初,主要用於數值計算,而今的計算機幾乎和所有學科相結合,在經濟社會各方面起著越來越重要的作用。現在,計算機網絡在交通、金融、企業管理、教育、郵電、商業等各個領域均得到了廣泛的應用。
1)科學計算
科學計算主要是使用計算機進行數學方法的實現和應用,如著名的人類基因序列分析計劃、人造衛星的軌道測算、根據對大量歷史氣象數據的計算進行天氣預測等。
2)數據/信息處理
數據/信息處理也稱為非數值計算。隨著計算機科學技術的發展,計算機的「數據」不僅包括「數」,而且包括更多的其他數據形式,如文字、圖像、聲音等。計算機在文字處理方面已經改變了紙和筆的傳統應用,它所產生的數據不但可以被存儲、列印,還可以進行編輯、複製等。這是目前計算機應用最多的一個領域。
3)過程控制
過程控制是指利用計算機對生產過程、製造過程或運行過程進行檢測與控制,即通過實時監控目標物體的狀態,及時調整被控對象,使被控對象能夠正確地完成目標物體的生產、製造或運行.過程控制廣泛應用於各種工業環境中。第一,能夠替代人在危險、有害的環境中作業。第二,能在保證同樣質量的前提下連續作業,不受疲勞、情感等因素的影響。第三,能夠完成人所不能完成的有高精度、高速度、時間性、空間性等要求的操作。
4)計算機輔助
計算機輔助是計算機應用的一個非常廣泛的領域。幾乎所有過去由人進行的具有設計性質的過程都可以讓計算機幫助實現部分或全部工作。計算機輔助(或稱為計算機輔助工程)主要有:計算機輔助設計(Computer Aided Design,CAD),
計算機輔助製造
(Computer Aided Manufacturing,CAM)、
計算機輔助教育
[Computer-Assisted(Aided)Instruction,CAI]、
計算機輔助技術
(Compuler Aided Technology/Test/Translation/Typesetting,CAT)、
計算機仿真模擬(Simulation)等
5)網絡通信
計算機技術和數字通信技術發展並相融合產生了計算機網絡。通過計算機網絡,把多個獨立的計算機系統聯繫在一起,把不同地域、不同國家、不同行業、不同組織的人們聯繫在一起,縮短了人們之間的距離,改變了人們的生活和工作方式。
6)人工智慧
人工智慧(Artificial Intelligence,AI)是用計算機模擬人類的某些智力活動,比如Google的AlphaGo戰勝人類棋手李世石就是人工智慧的精彩展示。利用計算機可以進行圖像和物體的識別,模擬人類的學習過程和探索過程。
人工智慧是計算機科學發展以來一直處於前沿的研究領域,其主要研究內容包括自然語言理解、專家系統、機器人以及定理自動證明等。目前,人工智慧已應用於機器人、醫療診斷、故障診斷、計算機輔助教育、案件偵破、經營管理等諸多方面。
7)多媒體應用
多媒體是包括文本(Text)、圖形(Graphics)、圖像(Image)、音頻(Audio)、視頻(Video)、動畫(Animation)等多種信息類型的綜合。
多媒體技術是指人和計算機交互地進行上述多種媒介信息的捕捉、傳輸、轉換、編輯、存儲、管理,並由計算機綜合處理為表格、文字、圖形、動畫、音頻、視頻等視聽信息有機結合的表現形式。多媒體技術拓寬了計算機的應用領域,使計算機廣泛應用於商業、服務業、教育、廣告宣傳、文化娛樂、家庭等方面。同時,多媒體技術與人工智慧技術的有機結合還促進了虛擬實境(Virtual Reality)、虛擬製造(Virtual Manufacturing)技術的發展,使人們可以在計算機迷你的環境中,感受真實的場景,通過計算機仿真製造零件和產品,感受產品各方面的功能與性能。
8)嵌入嵌入式系統
並不是所有計算機都是通用的。有許多特殊的計算機用於不同的設備中,包括大量的消費電子產品和工業製造系統,都是把處理器晶片嵌入其中,完成特定的處理任務,如數位相機、手機、汽車以及高檔電動玩具等都使用了不同功能的處理器。這些系統嵌入式嵌入式系統。3.計算機的分類
計算機的家族龐大,種類繁多,可以按照不同的方法對其進行分類。按計算機處理數據的類型可以分為模擬計算機、數字計算機、數字和模擬計算機。 模擬計算機的主要特點是:參與運算的數值由不間斷的連續量表示,其運算過程是連續的。模擬計算機由於受元器件質量影響,其計算精度較低,應用範圍較窄,目前已很少生產。
數字計算機的主要特點是:參與運算的數值用離散的數字量表示,其運算過程按數字位進行計算。數字計算機由於具有邏輯判斷等功能,是以近似人類大腦的「思維」方式進行工作,所以又被稱為「電腦」。按計算機的用途可分為通用計算機和專用計算機。 通用計算機能解決多種類型的問題,通用性強,如個人計算機(Personal Computer,PC);專用計算機則配備有解決特定問題的軟體和硬體,能夠高速、可靠地解決特定問題,如在飛彈和火箭上使用的計算機大部分都是專用計算機。
若按計算機的性能、規模和處理能力,如字長、運算速度、存儲容量、外部設備和軟體配置等可將計算機分為巨型機、大型通用機、微型計算機、工作站、伺服器等
1)巨型機
巨型機是指目前速度最快、處理能力最強的計算機,稱為高性能計算機。高性能計算機數量不多,但卻有重要和特殊的用途。運用這些超級計算機之後,複雜計算得以實現。在軍事上,可用於戰略防禦系統、大型預警系統、航天測控系統。在民用方面,可用於大區域中長期天氣預報、大面積物探信息處理系統、大型科學計算和模擬系統等。
2)大型通用機
大型通用機是對一類計算機的習慣稱呼,其特點是通用性強,具有較高的運算速度、極強的綜合處理能力和極大的性能覆蓋,運算速度為每秒100萬次至幾千萬次。主要應用在科研、商業和管理部門。通常人們稱大型機為「企業級」計算機,其通用性強,但價格比較貴；
大型機系統可以是單處理機、多處理機或多個子系統的複合體。
在信息化社會裡,隨著信息資源遞增增,帶來了信息通信、控制和管理等一系列問題,而這正是大型機的特長。未來將賦予大型機更多的使命,它將覆蓋「企業」所有的應用領域,如大型事務處理、企業內部的信息管理與安全保護、大型科學與工程計算等
3)微型計算機
微型計算機(簡稱微型機或微機)是微電子技術飛速發展的產物。自IBM公司於1981年採用mtel的微處理器推出 IBM PC以來,微型機因其小、巧、輕、便、廉等優點在短時間內得到迅速的發展,成為計算機的主流。今天,微型計算機的應用已經遍及社會各個領域:從工廠生產控制到政府的辦公自動化,從商店數據處理到家庭的信息管理,幾乎無所不在。微型計算機的結構有單片機、單板機、多晶片機和多板機。
PC機的出現使得計算機真正面向個人,真正成為大眾化的信息處理工具。隨著社會信息化進程的加快,強大的計算能力固然對每一個用戶必不可少,而移動辦公成為一種重要的辦公方式。可隨身攜帶的「便攜機」應運而生,筆記本型電腦就是其中的典型產品之一,它適於移動和外出使用的特長深受用戶歡迎。
根據微型機是否由最終用戶使用,微型機又可分為獨立式微機(即日常使用的微型機)和嵌入式微機(或稱嵌入式系統)。嵌入式微機作為一個信息處理部件安裝在應用設備裡,最終用戶不直接使用計算機,使用的是該應用設備。
例如包含有微機的醫療設備,電冰箱、洗衣機、微波爐等家用電器等。嵌入式微機一般是單片機或單板機。單片機是將中央處理器、存儲輸輸入人/輸出接口採用超大規模集成電路技術集成到一塊矽晶片上。單片機本身的集成度相當高,所以ROM、RAM容量有限、接口電路也不多,適用於小系統中。單板機就是在一塊電路板上把CPU和一定容量的ROM、RAM以及O接口電路等大規模集成電路晶片組裝在一起而成的微機,並配有簡單外設如鍵盤和顯示器,通常電路板上固化有ROM或者EPROM的小規模監控程序。
4)工作站
工作站是一種高檔的微型計算機,它比微型機有更大的存儲容量和更快的運算速度,通常配有高解析度的大屏幕顯示器及容量很大的內部存儲器和外部存儲器,並且具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網功能。工作站主要用於圖像處理和計算機輔助設計等領域,具有很強的圖形交互與處理能力,因此在工程領域,特別是在計算機輔助設計(CAD)領域得到廣泛應用。
工作站一般採用開放式系統結構,即將機器的軟、硬體接口公開,並儘量遵守國際工業界流行標準,以鼓勵其他廠商和用戶圍繞工作站開發軟體、硬體產品。目前,多媒體等各種新技術已普遍集成到工作站中,使其更具特色。而它的應用領域也已從最初的計算機輔助設計擴展到商業、金融、辦公領域,並頻頻充當網絡伺服器的角色。
5)伺服器
伺服器作為網絡的節點,存儲、處理網絡上80%的數據、信息,因此也被稱為網絡的靈魂。近年來,隨著 Internet I的普及,各種檔次的計算機在網絡中發揮著各自不同的作用,而伺服器在網絡中扮演著最主要的角色。伺服器可以是大型機、小型機、工作站或高檔微機。伺服器可以提供信息測覽、電子郵件、文件傳送、資料庫等多種業務服務。
伺服器主要具有以下特點:
(1)只有在客戶機的請求下才為其提供服務
(2)伺服器對客戶透明。一個與伺服器通信的用戶面對的是具體的服務,而可以完全不知道伺服器採用的是什麼機型及運行的是什麼作業系統。
(3)伺服器嚴格地說是一種軟體的概念。一臺作為伺服器使用的計算機通過安裝不同的伺服器軟體,可以同時扮演幾種伺服器的角色。