電腦

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電腦(Computer)全稱:電子電腦,俗稱電腦,是一種能夠按照程序運行,自動、高速處理海量數據的現代化智能電子設備。由硬體和軟體所組成,沒有安裝任何軟體的電腦稱為裸機。常見的形式有台式電腦、筆記本電腦、大型電腦等,較先進的電腦有生物電腦、光子電腦、量子電腦等。

簡介

電腦圖片(19張)  電腦(全稱:電子電腦;別稱:電腦)是20世紀最偉大的科學技術發明之一。它的發明者是約翰·馮·諾依曼。它是一種不需要人工直接干預,能夠快速對各種數字信息進行算術和邏輯運算的電子設備,以微處理器為核心,配上大容量的半導體存儲器及功能強大的可編程介面晶元,連上外設(包括鍵盤、顯示器、掃描儀、印表機和軟碟機、光碟機等外部存儲器)及電源所組成的電腦,稱為微型電腦簡稱微型機或微機,有時又稱為PC(Personal Computer)或MC(Micro computer)。微機加上系統軟體,就構成了整個微型電腦系統(MSC,簡稱微機系統)。   電腦是由早期的電動計算器發展而來的。1946年,世界上出現了第一台電子數字電腦「ENIAC」,用於計算彈道,由美國賓夕法尼亞大學莫爾電氣工程學院製造。ENIAC體積龐大,佔地面積170多平方米,重量約30噸,消耗近150千瓦的電力。顯然,這樣的電腦成本很高,使用不便。   1956年,晶體管電子電腦誕生了,這是第二代電子電腦。只要幾個大一點的柜子就可將它容下,運算速度也大大地提高了。1959年出現的是第三代集成電路電腦。最初的電腦由約翰·馮·諾依曼發明(那時電腦的計算能力相當於現在的計算器),有三間庫房那麼大,后逐步發展。   電腦對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響,並以強大的生命力飛速發展。它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到目前社會的各個領域,已形成規模巨大的電腦產業,帶動了全球範圍的技術進步,由此引發了深刻的社會變革。電腦已遍及學校、企事業單位,XX尋常百姓家,成為信息社會中必不可少的工具。它是人類XX信息時代的重要標誌之一。   需要指出的是,根據美國最高法院在1973年的裁定,最早的電子數字電腦,應該是美國愛荷華州立大學的物理副教授約翰·阿坦那索夫和其研究生助手克利夫·貝瑞(Clifford E. Berry ,1918-1963)于1939年10月製造的"ABC"(Atanasoff-Berry-Computer)。之所以會有這樣的誤會,是因為"ENIAC"的研究小組中的一個叫莫克利的人于1941年剽竊了約翰·阿坦那索夫的研究成果,並在1946年時,申請了專利。由於種種原因直到1973年這個錯誤才被扭轉過來。(具體情況參閱百度百科——「約翰·阿坦那索夫」詞條,希望大家記住ABC和約翰·阿坦那索夫,希望以後的教科書能夠修改這個錯誤)。後來為了表彰和紀念約翰·阿坦那索夫在電腦領域內作出的偉大貢獻,1990年美國前總統布希授予約翰·阿坦那索夫全美最高科技獎項——「國家科技獎」。

組成

  電腦是由硬體和軟體組成的。

硬體

  (1)電源

筆記本電腦

  電源是電腦中不可缺少的供電設備,它的作用是將220V交流電轉換為電腦中使用的5V,12V,3.3V直流電,其性能的好壞,直接影響到其他設備工作的穩定性,進而會影響整機的穩定性。   (2)主板   主板是電腦中各個部件工作的一個平台,它把電腦的各個部件緊密連接在一起,各個部件通過主板進行數據傳輸。也就是說,電腦中重要的「交通樞紐」都在主板上,它工作的穩定性影響著整機工作的穩定性。   (3)CPU

常見台式電腦主機

  CPU(Central Processing Unit)即中央處理器,是一台電腦的運算核心和控制核心。其功能主要是解釋電腦指令以及處理電腦軟體中的數據。CPU由運算器、控制器、寄存器、高速緩存及實現它們之間聯繫的數據、控制及狀態的匯流排構成。作為整個系統的核心,CPU 也是整個系統最高的執行單元,因此CPU已成為決定電腦性能的核心部件,很多用戶都以它為標準判斷電腦的檔次。   (4)內存   內存又叫內部存儲器或者是隨機存儲器(RAM),分為DDR內存和SDRAM內存,(但是SDRAM由於容量低,存儲速度慢,穩定性差,現在已經被DDR淘汰了)內存屬於電子式存儲設備,它由電路板和晶元組成,特點是體積小,速度快,有電可存,無電清空,即電腦在開機狀態時內存中可存儲數據,關機后將自動清空其中的所有數據。 內存有DDR、DDR II、DDR III三大類,容量1-8GB。   (5)硬碟   硬碟屬於外部存儲器,由金屬磁片製成,而磁片有記功能,所以儲到磁片上的數據,不論在開機,還是關機,都不會丟失。硬碟容量很大,目前已達TB級,尺寸有3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸、1.0英寸等,介面有IDE、SATA、SCSI等,SATA最普遍。

常見電腦滑鼠

移動硬碟是以硬碟為存儲介質,強調便攜性的存儲產品。目前市場上絕大多數的移動硬碟都是以標準硬碟為基礎的,而只有很少部分的是以微型硬碟(1.8英寸硬碟等),但價格因素決定著主流移動硬碟還是以標準筆記本硬碟為基礎。因為採用硬碟為存儲介質,因此移動硬碟在數據的讀寫模式與標準IDE硬碟是相同的。移動硬碟多採用USB、IEEE1394等傳輸速度較快的介面,可以較高的速度與系統進行數據傳輸。   (6)音效卡   音效卡是組成多媒體電腦必不可少的一個硬體設備,其作用是當發出播放命令后,音效卡將電腦中的聲音數字信號轉換成模擬信號送到音箱上發出聲音。   (7)顯卡   顯卡在工作時與顯示器配合輸出圖形,文字,顯卡的作用是將電腦系統所需要的顯示信息進行轉換驅動,並向顯示器提供行掃描信號,控制顯示器的正確顯示,是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件,是「人機對話」的重要設備之一。   (8)網卡   網卡是工作在數據鏈路層的網路組件,是區域網中連接電腦和傳輸介質的介面,不僅能實現與區域網傳輸介質之間的物理連接和電信號匹配,還涉及幀的發送與接收、幀的封裝與拆封、介質訪問控制、數據的編碼與解碼以及數據緩存的功能等。網卡的作用是充當電腦與網線之間的橋樑,它是用來建立局網並連接到Internet的重要設備之一。   在整合型主板中常把音效卡、顯卡、網卡部分或全部集成在主板上。   (9)數據機   英文名為「Modem」,俗稱「貓」,即數據機。是通過電話線上網時必不可少的設備之一。它的作用是將電腦上處理的數字信號轉換成電話線傳輸的模擬信號。隨著ADSL寬頻網的普及,數據機逐漸退出了市場。   (10)軟碟機   軟碟機用來讀取軟盤中的數據。軟盤為可讀寫外部存儲設備,與主板用FDD介面連接。現已淘汰。   (11)光碟機   電腦用來讀寫光碟內容的機器,也是在台式機和筆記本攜帶型電腦里比較常見的一個部件。隨著多媒體的應用越來越廣泛,使得光碟機在電腦諸多配件中已經成為標準配置。目前,光碟機可分為CD-ROM驅動器、DVD光碟機(DVD-ROM)、康寶(COMBO)和刻錄機等。讀寫的能力和速度也日益提升,4× 16× 32× 40× 48×。   (12)顯示器   顯示器有大有小,有薄有厚,品種多樣,其作用是把電腦處理完的結果顯示出來。它是一個輸出設備,是電腦必不可缺少的部件之一。分為CRT、LCD、LED三大類,介面有VGA、DVI兩類。   (13)鍵盤   鍵盤是主要的輸入設備通常為104或105鍵,用於把文字、數字等輸到電腦上。   (14)滑鼠   當人們移動滑鼠時,電腦屏幕上就會有一個箭頭指針跟著移動,並可以很準確切指到想指的們位置,快速地在屏幕上定位,它是人們使用電腦不可缺少的部件之一。 鍵盤滑鼠介面有PS/2和USB兩種。硬體的滑鼠分為光電和機械兩種(機械已被光電淘汰)   (15)音箱   通過音頻線連接到功率放大器,再通晶體管把聲音放大,輸出到喇叭上,從而使喇叭發出電腦的聲音。一般的電腦音箱可分為2、2.1 、3 .1、4、4.1、5.1、7.1這幾種。音質也各有差異。   (16)印表機   通過它可以把電腦中的文件列印到紙上,它是重要的輸出設備之一。目前,在印表機領域形成了針式印表機、噴墨印表機、激光印表機三足鼎立的主流產品,各自發揮其優點,滿足各界用戶不同的需求。   (17)視頻設備   如攝像頭、掃描儀、數碼相機、數碼攝像機、電視卡等設備,用於處理視頻信號。   (18)優盤   內存檔

常見電腦鍵盤

快閃記憶體盤通常也被稱作優盤,U盤,閃盤,是一個通用串列匯流排USB介面的無需物理驅動器的微型高容量移動存儲產品,它採用的存儲介質為快閃記憶體存儲介質(Flash Memory)。快閃記憶體盤一般包括快閃記憶體(Flash Memory)、控制晶元和外殼。快閃記憶體盤是具有可多次擦寫、速度快而且防磁、防震、防潮的優點。閃盤採用流行的USB介面,體積只有大拇指大小,重量約20克,不用驅動器,無需外接電源,即插即用,實現在不同電腦之間進行文件交流,存儲容量從1~32GB不等,滿足不同的需求。   常見硬體技術指標   衡量一台電腦性能的優劣勢根據多項技術指標綜合確定的。其中,既包含硬體的各種性能指標,又包括軟體的各種功能。下面列出硬體的主要技術指標。   機器字長:機器字長是指CPU一次能能處理的二進位數據的位數,通常與CPU的寄存器位數有關。字長越長,數的表示範圍也越大,精度也越高。機器的字長也會影響機器的運算速度。倘若CPU字長較短,又要運算位數較多的數據,那麼需要經過兩次或多次的運算才能完成,這樣勢必影響整機的運行速度。   存儲容量:存儲容量即存儲器的容量應該包括主存容量和輔存容量。主存容量是指主存中存放二進位代碼的中位數。即 存儲容量 = 存儲單元個數 × 存儲字長。 現代電腦中常以位元組數描述容量的大小,因一個位元組已被定義為8位二進位代碼,故用位元組數便能反映主存容量。輔存容量通常用位元組數來表示。   運算速度:運算速度是衡量電腦性能的一項重要指標。通常所說的電腦運算速度(平均運算速度),是指每秒鐘所能執行的指令條數,一般用「百萬條指令/秒」(mips,Million Instruction Per Second)來描述。一般說來,主頻越高,運算速度就越快。

軟體

  所謂軟體是指為方便使用電腦和提高使用效率而組織的程序以及用於開發、使用和維護的有關文檔。軟體系統可分為系統軟體和應用軟體兩大類。   (1)系統軟體   系統軟體由一組控制電腦系統並管理其資源的程序組成,其主要功能包括:啟動電腦,存儲、載入和執行應用程序,對文件進行排序、檢索,將程序語言翻譯成機器語言等。實際上,系統軟體可以看作用戶與電腦的介面,它為應用軟體和用戶提供了控制、訪問硬體的手段,這些功能主要由操作系統完成。此外,編譯系統和各種工具軟體也屬此類,它們從另一方面輔助用戶使用電腦。下面分別介紹它們的功能。   1)操作系統(Operating System,OS)   操作系統是管理、控制和監督電腦軟、硬體資源協調運行的程序系統,由一系列具有不同控制和管理功能的程序組成,它是直接運行在電腦硬體上的、最基本的系統軟體,是系統軟體的核心。操作系統是電腦發展中的產物,它的主要目的有兩個:一是方便用戶使用電腦,是用戶和電腦的介面。比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自動完成複雜的功能,這就是操作系統幫助的結果;二是統一管理電腦系統的全部資源,合理組織電腦工作流程,以便充分、合理地發揮電腦的效率。操作系統通常應包括下列五大功能模塊:   1.處理器管理。當多個程序同時運行時,解決處理器(CPU)時間的分配問題。   2.作業管理。完成某個獨立任務的程序及其所需的數據組成一個作業。作業管理的任務主要是為用戶提供一個使用電腦的界面使其方便地運行自己的作業,並對所有XX系統的作業進行調度和控制,盡可能高效地利用整個系統的資源。   3.存儲器管理。為各個程序及其使用的數據分配存儲空間,並保證它們互不干擾。   4.設備管理。根據用戶提出使用設備的請求進行設備分配,同時還能隨時接收設備的請求(稱為中斷),如要求輸入信息。   5.文件管理。主要負責文件的存儲、檢索、共享和保護,為用戶提供文件操作的方便。   操作系統的種類繁多,依其功能和特性分為批處理操作系統、分時操作系統和實時操作系統等;依同時管理用戶數的多少分為單用戶操作系統和多用戶操作系統;適合管理電腦網路環境的網路操作系統。   微機操作系統隨著微機硬體技術的發展而發展,從簡單到複雜。Microsoft公司開發的DOS是一單用戶單任務系統,而Windows操作系統則是一多戶多任務系統,經過十幾年的發展,已從Windows 3.1發展到目前的Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows vista、Windows 7和Windows 8等等。它是當前微機中廣泛使用的操作系統之一。Linux是一個原碼公開的操作系統,目前已被越來越多的用戶所採用,是Windows操作系統強有力的競爭對手。   2)語言處理系統(翻譯程序)   人和電腦交流信息使用的語言稱為電腦語言或稱程序設計語言。電腦語言通常分為機器語言、彙編語言和高級語言三類。如果要在電腦上運行高級語言程序就必須配備程序語言翻譯程序(下簡稱翻譯程序)。翻譯程序本身是一組程序,不同的高級語言都有相應的翻譯程序。翻譯的方法有兩種:   一種稱為「解釋」。早期的BASIC源程序的執行都採用這種方式。它調用機器配備的BASIC「解釋程序」,在運行BASIC源程序時,逐條把BASIC的源程序語句進行解釋和執行,它不保留目標程序代碼,即不產生可執行文件。這種方式速度較慢,每次運行都要經過「解釋」,邊解釋邊執行。   另一種稱為「編譯」,它調用相應語言的編譯程序,把源程序變成目標程序(以.OBJ為擴展名),然後再用連接程序,把目標程序與庫文件相連接形成可執行文件。儘管編譯的過程複雜一些,但它形成的可執行文件(以.exe為擴展名)可以反覆執行,速度較快。運行程序時只要鍵入可執行程序的文件名,再按Enter鍵即可。   對源程序進行解釋和編譯任務的程序,分別叫做編譯程序和解釋程序。如FORTRAN、COBOL、PASCAL和C等高級語言,使用時需有相應的編譯程序;BASIC、LISP等高級語言,使用時需用相應的解釋程序。   3)服務程序   服務程序能夠提供一些常用的服務XX,它們為用戶開發程序和使用電腦提供了方便,像微機上經常使用的診斷程序、調試程序、編輯程序均屬此類。   4)資料庫管理系統   資料庫是指按照一定聯繫存儲的數據集合,可為多種應用共享。資料庫管理系統(Data Base Management System,DBMS)則是能夠對資料庫進行加工、管理的系統軟體。其主要功能是建立、消除、維護資料庫及對庫中數據進行各種操作。資料庫系統主要由資料庫(DB)、資料庫管理系統(DBMS)以及相應的應用程序組成。資料庫系統不但能夠存放大量的數據,更重要的是能迅速、自動地對數據進行檢索、修改、統計、排序、合併等操作,以得到所需的信息。這一點是傳統的文件櫃無法做到的。   資料庫技術是電腦技術中發展最快、應用最廣的一個分支。可以說,在今後的電腦應用開發中大都離不開資料庫。因此,了解資料庫技術尤其是微機環境下的資料庫應用是非常必要的。   (2)應用軟體   為解決各類實際問題而設計的程序系統稱為應用軟體。從其服務對象的角度,又可分為通用軟體和專用軟體兩類。

分類

超級電腦

超級電腦

  超級電腦(supercomputers)通常是指由數百數千甚至更多的處理器(機)組成的、能計算普通PC機和伺服器不能完成的大型複雜課題的電腦。超級電腦是電腦中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類電腦,是國家科技發展水平和綜合國力的重要標誌。超級電腦擁有最強的並行計算能力,主要用於科學計算。在氣象、軍事、能源、航天、探礦等領域承擔大規模、高速度的計算任務。在結構上,雖然超級電腦和伺服器都可能是多處理器系統,二者並無實質區別,但是現代超級電腦較多採用集群系統,更注重浮點運算的性能,可看著是一種專註于科學計算的高性能伺服器,而且價格非常昂貴。

網路電腦

  (1)伺服器(Server)   專指某些高性能電腦,能通過網路,對外提供服務。相對於普通電腦來說,穩定性、安全性、性能等方面都要求更高,因此在CPU、晶元組、內存、磁碟系統、網路等硬體和普通電腦有所不同。伺服器是網路的節點,存儲、處理網路上80%的數據、信息,在網路中起到舉足輕重的作用。它們是為客戶端電腦提供各種服務的高性能的電腦,其高性能主要表現在高速度的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外部數據吞吐能力等方面。伺服器的構成與普通電腦類似,也有處理器、硬碟、內存、系統匯流排等,但因為它是針對具體的網路應用特別制定的,因而伺服器與微機在處理能力、穩定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面存在差異很大。伺服器主要有網路伺服器(DNS、DHCP)、列印伺服器、終端伺服器、磁碟伺服器、郵件伺服器、文件伺服器等。   (2)工作站(Workstation)   是一種以個人電腦和分散式網路計算為基礎,主要面向專業應用領域,具備強大的數據運算與圖形、圖像處理能力,為滿足工程設計、動畫製作、科學研究、軟體開發、金融管理、信息服務、模擬模擬等專業領域而設計開發的高性能電腦。它屬於一種高檔的電腦,一般擁有較大屏幕顯示器和大容量的內存和硬碟,也擁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。   無盤工作站是指無軟盤、無硬碟、無光碟機連入區域網的電腦。在網路系統中,把工作站端使用的操作系統和應用軟體被全部放在伺服器上,系統管理員只要完成伺服器上的管理和維護,軟體的升級和安裝也只需要配置一次后,則整個網路中的所有電腦就都可以使用新軟體。所以無盤工作站具有節省費用、系統的安全性高、易管理性和易維護性等優點,這對網路管理員來說具有很大的吸引力。   無盤工作站的工作原理是由網卡的啟動晶元(Boot ROM)以不同的形式向伺服器發出啟動請求號,伺服器收到后,根據不同的機制,向工作站發送啟動數據,工作站下載完啟動數據后,系統控制權由Boot ROM轉到內存中的某些特定區域,並引導操作系統。   根據不同的啟動機制,目前比較常用無盤工作站可分為RPL 和PXE。RPL 為Remote Initial Program Load 的縮寫,此技術常用於Windows95 中。PXE 是RPL 的升級品,它是Preboot Execution Environment的縮寫。兩者不同之處在於RPL 是靜態路由,而PXE 是動態路由,其通信協議採用TCP/IP,實現了與Internet 連接高效而可靠,它常用於Windows98、Windows NT、Windows2000、Windows XP 中 。   (3)集線器   集線器(HUB)是一種共享介質的網路設備,它的作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個區域網,HUB 本身不能識別目的地址。集線器上的所有埠爭用一個共享通道的帶寬,因此隨著網路節點數量的增加,數據傳輸量的XX,每節點的可用帶寬將隨之減少。另外,集線器採用廣播的形式傳輸數據,即向所有埠傳送數據。如當同一區域網內的A 主機給B 主機傳輸數據時,數據包在以HUB 為架構的網路上是以廣播方式傳輸的,對網路上所有節點同時發送同一信息,然後再由每一台終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。其實接收數據的一般來說只有一個終端節點,而現在對所有節點都發送,在這種方式下,很容易造成網路堵塞,而且絕大部分數據流量是無效的,這樣就造成整個網路數據傳輸效率相當低。另一方面由於所發送的數據包每個節點都能偵聽到,容易給網路帶來一些不安全隱患。   (4)交換機   交換機(Switch)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備,它是集線器的升級換代產品,外觀上與集線器非常相似,其作用與集線器大體相同。但是兩者在性能上有區別:集線器採用的是共享帶寬的工作方式,而交換機採用的是獨享帶寬方式。即交換機上的所有埠均有獨享的通道帶寬,以保證每個埠上數據的快速有效傳輸,交換機為用戶提供的是獨佔的、點對點的連接,數據包只被發送到目的埠,而不會向所有埠發送,其它節點很難偵聽到所發送的信息,這樣在機器很多或數據量很大時,不容易造成網路堵塞,也確保了數據傳輸安全,同時大大的提高了傳輸效率,兩者的差別就比較明顯了。   (5)路由器   路由器(Router)是一種負責尋徑的網路設備,它在互聯網路中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網路路徑提供給用戶通信。路由器用於連接多個邏輯上分開的網路,為用戶提供最佳的通信路徑,路由器利用路由表為數據傳輸選擇路徑,路由表包含網路地址以及各地址之間距離的清單,路由器利用路由表查找數據包從當前位置到目的地址的正確路徑,路由器使用最少時間演算法或最優路徑演算法來調整信息傳遞的路徑。路由器是產生於交換機之後,就像交換機產生於集線器之後,所以路由器與交換機也有一定聯繫,並不是完全獨立的兩種設備。路由器主要克服了交換機不能向路由轉發數據包的不足。   交換機、路由器是一台特殊的網路電腦,它的硬體基礎CPU、存儲器和介面,軟體基礎是網路互聯操作系統IOS。   交換機、路由器和PC機一樣,有中央處理單元CPU,而且不同的交換機、路由器,其CPU一般也不相同,CPU是交換機、路由器的處理中心。   內存是交換機、路由器存儲信息和數據的地方,CISCO交換機、路由器有以下幾種內存組件:   ROM(Read Only Memory)存儲交換機、路由器加電自檢(POST:Power-On Self-Test)、啟動程序(Bootstrap Program)和部分或全部的IOS。交換機、路由器中的ROM是可擦寫的,所以IOS是可以升級的。   RAM(Random Access Memory)與PC機上的隨機存儲器相似,提供臨時信息的存儲,同時保存著當前的路由表和配置信息。   NVRAM(Nonvolatile Random Access Memory)存儲交換機、路由器的啟動配置文件。NVRAM是可擦寫的,可將交換機、路由器的配置信息拷貝到NVRAM中。   FLASH快閃記憶體,是可擦寫的,也可編程,用於存儲CISCO IOS的其它版本,用於對交換機、路由器的IOS進行升級。   介面用作將交換機、路由器連接到網路,可以分為區域網介面和廣域網介面兩種。由於交換機、路由器型號的不同,介面數目和類型也不盡一樣。常見的介面主要有以下幾種:   高速同步串口,可連接DDN,幀中繼(Frame Relay),X.25,PSTN(模擬電話線路)。   同步/非同步串口,可用軟體將埠設置為同步工作方式。   AUI埠,即粗纜口。一般需要外接轉換器(AUI-RJ45),連接10/100Base-T乙太網絡。   ISDN埠,可以連接ISDN網路(2B+D),可作為區域網接入Internet 之用。   AUX埠,該埠為非同步埠,主要用於遠程配置,也可用於拔號備份,可與MODEM連接。支持硬體流控制(Hardware Flow Control)。   Console埠,該埠為非同步埠,主要連接終端或運行終端模擬程序的電腦,在本地配置交換機、路由器。不支持硬體流控制。

工業控制電腦

  是一種採用匯流排結構,對生產過程及其機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的電腦系統總稱。簡稱工控機。它由電腦和過程輸入輸出(I/O)通過兩大部分組成。電腦是由主機、輸入輸出設備和外部磁碟機、磁帶機等組成。在電腦外部又增加一部分過程輸入/輸出通道,用來完成工業生產過程的檢測數據送入電腦進行處理;另一方面將電腦要行使對生產過程式控制制的命令、信息轉換成工業控制對象的控制變數的信號,再送往工業控制對象的控制器去。由控制器行使對生產設備運行控制。目前工控機的主要類別有:IPC(PC匯流排工業電腦)、PLC(可編程式控制制系統)、DCS(分散型控制系統)、FCS(現場匯流排系統)及CNC(數控系統)五種。   1、IPC   即基於PC匯流排的工業電腦。據2000年IDC統計目前PC機已佔到通用電腦的95%以上,因其價格低、質量高、產量大、軟/硬體資源豐富,已被廣大的技術人員所熟悉和認可,這正是工業電惱熱的基礎。其主要的組成部分為工業機箱、無源底板及可XX其上的各種板卡組成,如CPU卡、I/O卡等。並採取全鋼機殼、機卡壓條過濾網,雙正壓風扇等設計及EMC(electromagneticcompatibility)技術以解決工業現場的電磁干擾震動、灰塵、高/低溫等問題。   IPC有以下特點:   可靠性:工業PC具有在粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、震動、腐蝕和快速診斷和可維護性,其MTTR(MeanTimetoRepair)一般為10萬小時以上。   實時性,工業PC對工業生產過程進行實時在線檢測與控制,對工作狀況的變化給予快速響應,及時進行採集和輸出調節看門狗功能這是普通PC所不具有的),遇險自複位,保證系統的正常運行。   擴充性,工業PC由於採用底板+CPU卡結構,因而具有很強的輸入輸出功能,最多可擴充20個板卡,能與工業現場的各種外設、板卡如與道控制器、視頻監控系統、車輛檢測儀等相連,以完成各種任務。   兼容性,能同時利用ISA與PCI及PICMG資源,並支持各種操作系統,多種語言彙編,多任務操作系統。   2、可編程序控制器(PLC)   PLC英文全稱ProgrammableLogicController,中文全稱為可編程邏輯控制器,定義是:一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境應用而設計的。它採用一類可編程的存儲器,用於其內部存儲程序,執行邏輯運算,順序控制,定時,計數與算術操作等面向用戶的指令,並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程式控制制系統(ProgrammableLogicController)是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。它採用一種可編程的存儲器,在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。   可編程式控制制器是電腦技術與自動化控制技術相結合而開發的一種適用工業環境的新型通用自動控制裝置,是作為傳統繼電器的替換產品而出現的。隨著微電子技術和電腦技術的迅猛發展,可編程式控制制器更多地具有了電腦的功能,不僅能實現邏輯控制,還具有了數據處理、通信、網路等功能。由於它可通過軟體來改變控制過程,而且具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點,已廣泛應用於工業控制的各個領域,大大推進了機電一體化的進程。   3、分散型控制系統(DCS)   是一種高性能、高質量、低成本、配置靈活的分散控制系統系列產品,可以構成各種獨立的控制系統、分散控制系統DCS、監控和數據採集系統(SCADA),能滿足各種工業領域對過程式控制制和信息管理的需求。系統的模塊化設計、合理的軟硬體功能配置和易於擴展的能力,能廣泛用於各種大、中、小型電站的分散型控制、發電廠自動化系統的改造以及鋼鐵、石化、造紙、水泥等工業生產過程式控制制。   4、現場匯流排系統(FCS)   是全數字串列、雙向通信系統。系統內測量和控制設備如探頭、激勵器和控制器可相互連接、監測和控制。在工廠網路的分級中,它既作為過程式控制制(如PLC,LC等)和應用智能儀錶(如變頻器、閥門、條碼閱讀器等)的局部網,又具有在網路上分佈控制應用的內嵌功能。由於其廣闊的應用前景,眾多國外有實力的廠家競相投入力量,進行產品開發。目前,國際上已知的現場匯流排類型有四十余種,比較典型的現場匯流排有:FF,Profibus,LONworks,CAN,HART,CC-LINK等。   5、數控系統(CNC)   現代數控系統是採用微處理器或專用微機的數控系統,由事先存放在存儲器里系統程序(軟體)來實現控制邏輯,實現部分或全部數控功能,並通過介面與外圍設備進行聯接,稱為電腦數控,簡稱CNC系統。   數控機床是以數控系統為代表的新技術對傳統機械製造產業的滲透形成的機電一體化產品;其技術範圍覆蓋很多領域:(1)機械製造技術;(2)信息處理、加工、傳輸技術;(3)自動控制技術;(4)伺服驅動技術;(5)感測器技術;(6)軟體技術等。

個人電腦

  1、台式機(Desktop)   也叫桌面機,是一種獨立相分離的電腦,完完全全跟其它部件無聯繫,相對於筆記本和上網本體積較大,主機、顯示器等設備一般都是相對獨立的,一般需要放置在電腦桌或者專門的工作台上。因此命名為台式機。為現在非常流行的微型電腦,多數人家裡和公司用的機器都是台式機。台式機的性能相對較筆記本電腦要強。 台式機具有如下特點:   散熱性。台式機具有筆記本電腦所無法比擬的優點。台式機的機箱具有空間大、通風條件好的因素而一直被人們廣泛使用。   擴展性。台式機的機箱方便用戶硬體升級,如光碟機、硬碟。如現在台式機箱的光碟機驅動器插槽是4-5個,硬碟驅動器插槽是4-5個。非常方便用戶日後的硬體升級。   保護性。台式機全方面保護硬體不受灰塵的侵害。而且防水性就不錯;在筆記本中這項發展不是很好。   明確性。台式機機箱的開、關鍵重啟鍵、USB、音頻介面都在機箱前置面板中,方便用戶的使用。   2、電腦一體機   電腦一體機,是由一台顯示器、一個電腦鍵盤和一個滑鼠組成的電腦。它的晶元、主板與顯示器集成在一起,顯示器就是一台電腦,因此只要將鍵盤和滑鼠連接到顯示器上,機器就能使用。隨著無線技術的發展,電腦一體機的鍵盤、滑鼠與顯示器可實現無線鏈接,機器只有一根電源線。這就解決了一直為人詬病的台式機線纜多而雜的問題。有的電腦一體機還具有電視接收、AV功能。   3、筆記本電腦(Notebook或Laptop)   也稱手提電腦或膝上型電腦,是一種小型、可攜帶的個人電腦,通常重1-3公斤。筆記本電腦除了鍵盤外,還提供了觸控板(TouchPad)或觸控點(Pointing Stick),提供了更好的定位和輸入功能。   筆記本電腦可以大體上分為6類:商務型、時尚型、多媒體應用、上網型、學習型、特殊用途。商務型筆記本電腦一般可以概括為移動性強、電池續航時間長、商務軟體多;時尚型外觀主要針對時尚女性;多媒體應用型筆記本電腦則有較強的圖形、圖像處理能力和多媒體的能力,尤其是播放能力,為享受型產品。而且,多媒體筆記本電腦多擁有較為強勁的獨立顯卡和音效卡(均支持高清),並有較大的屏幕。上網本(Netbook)就是輕便和低配置的筆記本電腦,具備上網、收發郵件以及即時信息(IM)等功能,並可以實現流暢播放流媒體和音樂。上網本比較強調便攜性,多用於在出差、旅遊甚至公共交通上的移動上網。學習型機身設計為筆記本外形,採用標準電腦操作,全面整合學習機、電子辭典、復讀機、點讀機、學生電腦等多種機器功能。特殊用途的筆記本電腦是服務於專業人士,可以在酷暑、嚴寒、低氣壓、高海拔、強輻XX、戰爭等惡劣環境下使用的機型,有的較笨重,比如奧運會前期在「華碩珠峰大本營IT服務區」使用的華碩筆記本電腦。   4、掌上電腦(PDA)   掌上電腦是一種運行在嵌入式操作系統和內嵌式應用軟體之上的、小巧、輕便、易帶、實用、價廉的手持式計算設備。它無論在體積、功能和硬體配備方面都比筆記本電腦簡單輕便。 掌上電腦除了用來管理個人信息(如通訊錄,計劃等),而且還可以上網瀏覽頁面,收發Email,甚至還可以當作手機來用外,還具有:錄音機功能、英漢漢英詞典功能、全球時鐘對照功能、提醒功能、休閑娛樂功能、傳真管理功能等等。掌上電腦的電源通常採用普通的鹼性電池或可充電鋰電池。掌上電腦的核心技術是嵌入式操作系統,各種產品之間的競爭也主要在此。   在掌上電腦基礎上加上手機功能,就成了智能手機(Smartphone)。智能手機除了具備手機的通話功能外,還具備了PDA分功能,特別是個人信息管理以及基於無線數據通信的瀏覽器和電子郵件功能。智能手機為用戶提供了足夠的屏幕尺寸和帶寬,既方便隨身攜帶,又為軟體運行和內容服務提供了廣闊的舞台,很多增值業務可以就此展開,如股票、新聞、天氣、交通、商品、應用程序下載、音樂圖片下載等等。   5、平板電腦   平板電腦是一款無須翻蓋、沒有鍵盤、大小不等、形狀各異,卻功能完整的電腦。其構成組件與筆記本電腦基本相同,但它是利用觸筆在屏幕上書寫,而不是使用鍵盤和滑鼠輸入,並且打破了筆記本電腦鍵盤與屏幕垂直的J 型設計模式。它除了擁有筆記本電腦的所有功能外,還支持手寫輸入或語音輸入,移動性和便攜性更勝一籌。 平板電腦由比爾蓋茨提出,至少應該是X86架構,從微軟提出的平板電腦概念產品上看,平板電腦就是一款無須翻蓋、沒有鍵盤、小到足以放入女士手袋,但卻功能完整的PC。

嵌入式電腦

  即嵌入式系統( embedded systems) ,是一種以應用為中心、以微處理器為基礎,軟硬體可裁剪的,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用電腦系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬體設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成。它是電腦市場中增長最快的領域,也是種類繁多,形態多種多樣的電腦系統。嵌入式系統幾乎包括了生活中的所有電器設備,如掌上pda、計算器、電視機頂盒、手機、數字電視、多媒體播放器、汽車、微波爐、數字相機、家庭自動化系統、電梯、空調、安全系統、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設備、工業自動化儀錶與醫療儀器等。   嵌入式系統的核心部件是嵌入式處理器,分成4類,即嵌入式微控制器( Micro Contrller Unit ,MCU,俗稱單片機)、嵌入式微處理器( Micro Processor Unit ,MPU )、嵌入式DSP 處理器( Digital Signal Processor,DSP) 和嵌入式片上系統( System on Chip,SOC) 。嵌入式微處理器一般具備4個特點:(1) 對實時和多任務有很強的支持能力,能完成多任務並且有較短的中斷響應時間,從而使內部的代碼和實時操作系統的執行時間減少到最低限度;(2) 具有功能很強的存儲區保護功能,這是由於嵌入式系統的軟體結構已模塊化,而為了避免在軟體模塊之間出現錯誤的交叉作用,需要設計強大的存儲區保護功能,同時也有利於軟體診斷;(3) 可擴展的處理器結構,以能迅速地擴展出滿足應用的高性能的嵌入式微處理器;(4) 嵌入式微處理器的功耗必須很低,尤其是用於攜帶型的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此,功耗只能為 mw 甚至μ w 級。

特點

運算速度快

  當今電腦系統的運算速度已達到每秒萬億次,微機也可達每秒億次以上,使大量複雜的科學計算問題得以解決。例如:衛星軌道的計算、大型水壩的計算、2 4小時天氣預報的計算等,過去人工計算需要幾年、幾十年,而現在用電腦只需幾天甚至幾分鐘就可完成。

計算精確度高

  科學技術的發展特別是尖端科學技術的發展,需要高度精確的計算。電腦控制的導彈之所以能準確地擊中預定的目標,是與電腦的精確計算分不開的。一般電腦可以有十幾位甚至幾十位(二進位)有效數字,計算精度可由千分之幾到百萬分之幾,是任何計算工具所望塵莫及的。

有邏輯判斷能力

  隨著電腦存儲容量的不斷XX,可存儲記憶的信息越來越多。電腦不僅能進行計算,而且能把參加運算的數據、程序以及中間結果和最後結果保存起來,以供用戶隨時調用;還可以對各種信息(如語言、文字、圖形、圖像、音樂等)通過編碼技術進行算術運算和邏輯運算,甚至進行推理和證明。

有自動控制能力

  電腦內部操作是根據人們事先編好的程序自動控制進行的。用戶根據解題需要,事先設計好運行步驟與程序,電腦十分嚴格地按程序規定的步驟操作,整個過程不需人工干預。

發展歷史

大型主機階段

  20世紀40-50年代,是第一代電子管電腦。經歷了電子管數字電腦、晶體管數字電腦、集成電路數字電腦和大規模集成電路數字電腦的發展歷程,電腦技術逐漸走向成熟;

小型電腦階段

  20世紀60-70年代,是對大型主機進行的第一次「縮小化」,可以滿足中小企業事業單位的信息處理要求,成本較低,價格可被接受

微型電腦階段

  20世紀70-80年代,是對大型主機進行的第二次「縮小化」,1976年美國蘋果公司成立,1977年就推出了AppleII電腦,大獲成功。1981年IBM推出IBM-PC,此後它經歷了若干代的演進,佔領了個人電腦市場,使得個人電腦得到了很大的普及;

客戶機/伺服器

  即C/S階段。隨著1964年IBM與美國航空公司建立了第一個全球聯機訂票系統,把美國當時2000多個訂票的終端用電話線連接在了一起,標志著電腦XX了客戶機/伺服器階段,這種模式至今仍在大量使用。在客戶機/伺服器網路中,伺服器是網路的核心,而客戶機是網路的基礎,客戶機依靠伺服器獲得所需要的網路資源,而伺服器為客戶機提供網路必須的資源。C/S結構的優點是能充分發揮客戶端PC的處理能力,很多工作可以在客戶端處理后再提交給伺服器,大大減輕了伺服器的壓力;

Internet階段

  也稱互聯網、網際網路、網際網階段。互聯網即廣域網、區域網及單機按照一定的通訊協議組成的國際電腦網路。互聯網始於1969年,是在ARPA(美國國防部研究計劃署)制定的協定下將美國西南部的大學(UCLA(加利福尼亞大學洛杉磯分校)、Stanford Research Institute(史坦福大學研究學院)、UCSB(加利福尼亞大學)和University of Utah(猶他州大學))的四台主要的電腦連接起來。此後經歷了文本到圖片,到現在語音、視頻等階段,寬頻越來越快,功能越來越強。互聯網的特徵是:全球性、海量性、匿名性、交互性、成長性、扁平性、即時性、多媒體性、成癮性、喧嘩性。互聯網的意義不應低估。它是人類邁向地球村堅實的一步;

雲計算時代

  從2008年起,雲計算(Cloud Computing)概念逐漸流行起來,它正在成為一個通俗和大眾化(Popular)的詞語。雲計算被視為「革命性的計算模型」,因為它使得超級計算能力通過互聯網自由流通成為了可能。企業與個人用戶無需再投入昂貴的硬體購置成本,只需要通過互聯網來購買租賃計算力,用戶只用為自己需要的功能付錢,同時消除傳統軟體在硬體,軟體,專業技能方面的花費。雲計算讓用戶脫離技術與部署上的複雜性而獲得應用。雲計算囊括了開發、架構、負載平衡和商業模式等,是軟體業的未來模式。它基於Web的服務,也是以互聯網為中心。

新型電腦

分子電腦

  分子電腦體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子電腦的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息,並以更有效的方式進行組織排列。分子電腦的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶,而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的電腦具備能在生化環境下,甚至在生物有機體中運行,並能以其它分子形式與外部環境交換。因此它將在醫療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發揮無法替代的作用。分子晶元體積可比現在的晶元大大減小,而效率大大提高, 分子電腦完成一項運算,所需的時間僅為10微微秒,比人的思維速度快100萬倍。分子電腦具有驚人的存貯容量,1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進位數據。分子電腦消耗的能量非常小,只有電子電腦的十億分之一。由於分子晶元的原材料是蛋白質分子,所以分子電腦既有自我修復的功能,又可直接與分子活體相聯。

量子電腦

  據美國IBM公司科學家伊薩克、張介紹,量子電腦是利用原子所具有的量子特性進行信息處理的一種全新概念的電腦。量子理論認為,非相互作用下,原子在任一時刻都處於兩種狀態,稱之為量子超態。原子會旋轉,即同時沿上、下兩個方向自旋,這正好與電子電腦0與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起,它們不會像電子電腦那樣進行的線性運算,而是同時進行所有可能的運算,例如量子電腦處理數據時不是分步進行而是同時完成。只要40個原子一起計算,就相當於今天一台超級電腦的性能。量子電腦以處於量子狀態的原子作為中央處理器和內存,其運算速度可能比目前的奔騰4晶元快10億倍,就像一枚信息火箭,在一瞬間搜尋整個互聯網,可以輕易破解任何安全密碼,黑客任務輕而易舉,難怪美國中央情報局對它特別感興趣

光子電腦

  1990年初,美國貝爾實驗室製成世界上第一台光子電腦。

光子電腦

  光子電腦是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型電腦。光子電腦的基本組成部件是集成光路,要有激光器、透鏡和核鏡。由於光子比電子速度快,光子電腦的運行速度可高達一萬億次。它的存貯量是現代電腦的幾萬倍,還可以對語言、圖形和手勢進行識別與合成。   目前,許多國家都投入巨資進行光子電腦的研究。隨著現代光學與電腦技術、微電子技術相結合,在不久的將來,光子電腦將成為人類普遍的工具。   光子電腦與電子電腦相比,主要具有以下優點:   (1)超高速的運算速度。光子電腦並行處理能力強,因而具有更高的運算速度。電子的傳播速度是593km/s,而光子的傳播速度卻達3×10^5km/s,對於電子電腦來說,電子是信息的載體,它只能通過一些相互絕緣的導線來傳導,即使在最佳的情況下,電子在固體中的運行速度也遠遠不如光速,儘管目前的電子電腦運算速度不斷提高,但它的能力極限還是有限的;此外,隨著裝密度的不斷提高,會使導體之間的電磁作用不斷增強,散發熱量也在逐漸增加,從而制約了電子電腦的運行速度;而光子電腦的運行速度要比電子電腦快得多,對使用環境條件的要求也比電子電腦低得多。   (2)超大規模的信息存儲容量。與電子電腦相比,光子電腦具有超大規模的信息存儲容 量。光子電腦具有極為理想的光輻XX源——激光器,光子的傳導是可以不需要導線的,而且即使在相交的情況下,它們之間也不會產生絲毫的相互影響。光子電腦無導線傳遞信息的平行通道,其密度實際上是無限的,一枚五分硬幣大小的枚鏡,它的信息通過能力竟是全世界現有電話電纜通道的許多倍。   (3)能量消耗小,散發熱量低,是一種節能型產品。光子電腦的驅動,只需要同類規格的電子電腦驅動能量的一小部分,這不僅降低了電能消耗,大大減少了機器散發的熱量,而且為光子電腦的微型化和便攜化研製,提供了便利的條件。科學家們正試驗將傳統的電子轉換器和光子結合起來,製造一種「雜交」的電腦,這種電腦既能更快地處理信息,又能克服巨型電子電腦運行時內部過熱的難題。   目前,光子電腦的許多關鍵技術,如光存儲技術、光互連技術、光電子集成電路等都已經獲得突破,最大幅度地提高光子電腦的運算能力是當前科研工作面臨的攻關課題。光子電腦的問世和進一步研製、完善,將為人類跨向更加美好的明天,提供無窮的力量。

納米電腦

  納米電腦是用納米技術研發的新型高性能電腦。納米管元件尺寸在幾到幾十納米範圍, 質地堅固,有著極強的導電性, 能代替硅晶元製造電腦。「納米」是一個計量單位, 一個納米等於10-9米, 大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域,最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子,製造出具有特定功能的產品。現在納米技術正從微電子機械系統起步,把感測器、電動機和各種處理器都放在一個硅晶元上而構成一個系統。應用納米技術研製的電腦內存晶元,其體積只有數百個原子大小,相當於人的頭髮絲直徑的千分之一。納米電腦不僅幾乎不需要耗費任何能源, 而且其性能要比今天的電腦強大許多倍。

生物電腦

  20世紀80年代以來,生物工程學家對人腦、神經元感受器的研究傾注了很大精力,以期研製出可以模擬人腦思維、低耗、高教的第六代電腦——生物電腦。用