1.1.2　計算機的特點、分類和應用

1.計算機的特點

①運行速度快，計算能力強。運算速度是指計算機每秒能執行的指令條數，一般用MIPS（百萬條指令/秒）來描述，它是衡量計算機性能的重要指標。當前的計算機運算速度已達到萬億次每秒，微型機也可達億次以上每秒。

②計算精度高，數據準確度高。20世紀40年代，外國數學家共同發表了圓周率π的808位小數值，成為人工計算圓周率的最高紀錄。2011年，日本計算機奇才近藤茂將其計算到小數點后10萬億位，創造了吉尼斯世界紀錄。

③具有超強的記憶和邏輯判斷能力。借助于邏輯運算，計算機可以分析命題是否成立。1976年，兩位美國數學家憑借計算機“不畏重復、不懼枯燥”、快速高效的優勢證明了四色定理。

④自動化程度高，通用性強。計算機具有存儲能力，人們可以將指令預先輸入其中。工作開始后，計算機從存儲單元中依次取出指令以控制流程，從而實現了操作的自動化。同一臺計算機，只要安裝不同的軟件或連接到不同的設備上，即可完成不同的任務。

⑤支持人機交互。計算機具有多種輸入/輸出設備，配上適當的軟件后，可以很方便地與用戶進行交互，以廣泛使用的鼠標為例，當用戶手握鼠標，只需將手指輕輕一點，計算機便隨之完成某種操作，真可謂“得心應手，心想事成”。

2.計算機的分類

根據性能差異，計算機分為超級計算機、大型機、小型機和微型機。

①超級計算機又稱巨型機，通常由成百上千甚至更多的處理器組成，多用于戰略武器開發、空間技術、天氣預報等高精尖領域，是綜合國力的重要標志。2014年11月，在國際TOP500組織公布的全球超級計算機排名中，我國的“天河二號”（見圖1.1.1）持續計算速度為3.39億億次/秒，比美國“泰坦”的運算速度快近一倍，已連續第4次獲得冠軍。

②大型機（見圖1.1.2）具有極強的綜合處理能力和極大的性能覆蓋面，主要應用于政府部門、銀行、大公司等。雖然大型機在運算速度方面已經不比微型機更有優勢，但其I/O處理水平、非數值計算能力、穩定性和安全性卻遠強于后者。

③小型機是指采用8～32個顆處理器，是性能和價格介于微型機、服務器和大型機之間的一種高性能64位計算機，相對于服務器而言，小型機最重要的特點是高可靠性、高可用性、高服務性，非常適合于中小企事業單位使用。

④微型機簡稱微機，是應用最普及、產量最大的機型，其體積小、功耗低、成本低、靈活性大、性價比高。微機按結構和性能可劃分為單片機、單板機、個人計算機（Personal Computer，包括臺式機、一體機、筆記本式計算機和平板電腦）、工作站和服務器等。著名的臺式機品牌有聯想、戴爾、惠普、華碩、蘋果等，著名的筆記本式計算機品牌有蘋果、聯想、華碩、ThinkPad、戴爾等。

根據用途不同，計算機可分為專用計算機和通用計算機。專用計算機是為適應某種特殊應用而設計的計算機，其運行效率和精度較高，速度較快。控制軋鋼過程、計算導彈彈道的計算機都屬于專用計算機。通用計算機是指一般科學計算、程序設計和數據處理等領域的計算機，即通常所說的計算機。

3.計算機的主要應用領域

（1）科學計算

科學計算又稱數值計算，是指利用計算機處理科學研究和工程技術中提出的數學問題的過程，是計算機最早的應用領域。

（2）信息處理

信息處理又稱數據處理，是對數據進行存儲、整理、分類、加工、利用和傳播等活動。據統計，80％以上的計算機主要用于數據處理，這也決定了計算機應用的主導方向。辦公自動化、情報檢索、圖書管理、人口統計、銀行業務都屬于該范疇。

（3）過程控制

過程控制又稱實時控制，是指用計算機及時地采集檢測數據，按最優值迅速地對受控對象進行自動調節或控制。該領域涉及的范圍很廣，如工業、交通運輸的自動運輸，對導彈發射、人造衛星的跟蹤與控制等控制。

（4）計算機輔助系統

計算機輔助系統包括計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助教學（CAI）、計算機輔助工程（CAE）等。

（5）人工智能

人工智能（AI）由英國著名科學家圖靈提出，是一門研究和開發用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統的新興學科，被認為是21世紀的三大尖端技術（基因工程、納米科學、人工智能）之一。經過最近30年的迅速發展，人工智能在機器視覺、專家系統、智能搜索等領域取得了豐碩的成果。

（6）網絡應用

現代通信技術與計算機技術結合，構成計算機網絡，它使人際交流跨越了時間和空間的障礙，已成為建立信息社會的基礎。

（7）多媒體應用

多媒體應用即利用計算機對文本、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等多種信息進行綜合處理，建立邏輯關系和人機交互。目前，多媒體技術在知識學習、電子圖書、視頻會議中得到了極大的應用。

（8）虛擬現實

虛擬現實即通過計算機圖形構成三維模型，并編制生成以視覺感受為主，同時包括聽覺、觸覺的綜合感知的人工環境。虛擬現實正在醫學、娛樂、航天、設計、文物古跡、游戲、教育等領域得到廣泛應用。