1.1.1 计算机的基本知识
1.计算机的诞生
20世纪40年代，西方国家的电子技术得到了迅猛发展，宾夕法尼亚大学于1946年2月14日，研制出了具有划时代意义的世界上第一台通用计算机——电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC），如图1－1所示。这个庞然大物占地约170 m2，重达30 t，使用了约18 000个电子管、1 500个继电器、10 000只电容、70 000个电阻以及其他电子元件，加法运算速度为5 000次/s，乘法运算速度为300多次/s。相对于今天来说，ENIAC的运算速度并不快，但是在当时，它比最快的计算工具快了近300倍。
图1－1 第一台通用计算机ENIAC
（a）全景；（b）局部
2.计算机的发展
根据计算机所采用的电子元件，可以将计算机的发展分为电子管计算机、晶体管计算机、中小规模集成电路计算机，以及大规模和超大规模集成电路计算机4个阶段。
1）第一代：电子管计算机
第一代计算机是自第一台计算机诞生之日至1958年期间，使用电子管制造的计算机。电子管计算机的体积庞大、运算速度慢、耗电量大、可靠性低、内存容量小，主要应用于科学研究及国防领域。
2）第二代：晶体管计算机
第二代计算机是1958年至1964年期间，使用晶体管制造的计算机。晶体管的体积比电子管的体积小，各项功能都优于电子管，因此，第二代计算机体积变小、速度提高、耗电减少、可靠性高、内存变大，主要应用于自动控制和数据处理领域。
3）第三代：中小规模集成电路计算机
第三代计算机是1964年至1972年期间，使用中小规模集成电路制造的计算机。集成电路是在几平方毫米的硅片上，集中了几十个甚至上百个电子元件而组成的逻辑电路。第三代计算机的各方面性能都得到了极大提升，主要应用于工业控制和文字、图像数据处理。
4）第四代：大规模和超大规模集成电路计算机
随着集成电路技术的发展，1967年和1977年分别出现了大规模和超大规模集成电路，第四代计算机是1972年至今，使用大规模和超大规模集成电路制造的计算机。计算机的体积、速度、耗电等性能指标也随着硬件的发展而优化。
随着科学技术的发展，现代及未来计算机正在打破传统计算机的基本工作原理，将新的科学技术与计算机技术进行深度融合，提出了超导计算机、量子计算机、神经网络计算机等未来计算机的设想，并且已经取得了重要的进展。
计算机的分类和特点
3.计算机的分类
从不同的角度，可以对计算机进行不同的分类。按用途不同，可分为通用计算机和专用计算机；按处理对象不同，可分为模拟计算机、数字计算机和模数混合计算机；按使用操作系统的不同，可分为单用户系统、多用户系统、实时系统、批处理系统和网络系统；按内部字长的不同，可分为8位机、16位机、32位机和64位机等。
主流的分类方式是按计算机的运算速度、存储容量等性能指标，从规模上将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。
巨型机：巨型机又称为超级计算机，简称“超算”，是计算机所有机型中运算速度最快、处理能力最强、存储容量最大的一类计算机。巨型机一般应用于国家高科技、国防尖端技术和国民经济领域，是一个国家科技实力的体现。
大型机：大型机的运算速度和存储容量仅次于巨型机，常用于要求处理数据量大、运算速度快、可靠性高的银行、电信等大型企业或科研机构中。
中型机：中型机的各项性能指标次于大型机，介于小型机和大型机之间，常用于规模较大的企业中。
小型机：小型机规模较小，结构简单、可靠性高、操作简便、容易维护、通用性强且价格便宜，常用于中小型企业、院校中。常见的网络服务器、游戏服务器等均属于小型机。
微型机：微型机就是我们日常使用的个人计算机，其因价格低廉、集成度高、功能齐全、使用方便成为应用最广泛的机型。台式机、笔记本电脑、平板电脑等都属于微型机。
思政小知识
2020年11月18日，新一期全球超级计算机500强榜单揭晓，中国入围这一榜单的超级计算机数量持续上涨，以228台的上榜数量夺得本期榜单第一名。中国的超级计算机“神威·太湖之光”多次位居全球超级计算机榜首，如图1－2所示。
图1－2 “神威·太湖之光”超级计算机