信息系统架构技术第2章

信息系统开发运行与集成环境架构技术主讲人：仇丽青信管专业必修课程第2章计算机系统本章的主要内容：

2.1计算机系统及其结构；

2.2计算机系统的性能指标；

2.3计算机系统的系列与兼容；

2.4并行处理计算机系统；

2.5计算机的分类；

2.6计算机系统的发展历史。2.1计算机系统及其结构

（1）什么是计算机系统

计算机系统是指按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出信息的机器系统。它是一种按程序自动进行信息处理的通用工具。计算机系统由硬件子系统和软件子系统组成。

计算机系统的设计和实现具有层次性.图2-1是计算机系统的层次结构图。

应用软件支援软件(接口软件、工具软件、环境数据库等)系统软件(操作系统、编译程序等)硬件系统图2-1计算机系统层次结构2.1计算机系统及其结构-计算机系统结构指的是什么?是一台计算机的外表?还是是指一台计算机内部的一块块板卡安放结构?都不是，那么它是什么?-计算机系统结构就是计算机的的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。-用一个不恰当的比喻一，比如动物吧，它的"系统结构"是指什么呢?它的概念性结构和功能特性，就相当于动物的器官组成及其功能特性，如鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是"系统结构"研究的问题了。系统结构只管到这一层。2.1计算机系统及其结构-计算机系统结构是程序员所看到的计算机的属性，即程序员编写出能在机器上正确运行的程序所必须了解到的概念性结构和功能性结构。-计算机系统结构主要研究计算机系统的基本工作原理，以及在硬件、软件界面划分的权衡策略，建立完整的、系统的计算机软硬件整体概念。2.1计算机系统及其结构

（2）计算机系统的结构

从使用语言的角度，可以将计算机系统看成由多个机器组成的层次结构，如图2-2所示。第0级(实际机器)第1级(实际机器)第3级(虚拟机器)第4级(虚拟机器)第5级(虚拟机器)第2级(虚拟机器)应用语言机器M5具有L5机器语言(应用语言)高级语言机器M4具有L4机器语言(高级语言)汇编语言机器M3具有L3机器语言汇编级语言)操作系统语言机器M2具有L2机器语言(作业控制语言传统机器M1具有L1机器语言(机器指令系统)微程序机器M0具有L0机器语言(微指令系统)应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言程序。高级语言程序经编译程序翻译成汇编语言(或是某种中间语言程序，或是机器语言程序)。汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程序。一般机器语言程序解释作业控制语句等。用微指令程序解释机器指令。微指令由硬件直接执行。2.1计算机系统及其结构对于一个具体的计算机系统，层次的多少会有所不同。对使用某一级语言编程的程序员来讲，只要熟悉和遵守该级语言的规定，所编程序总能在此机器级上运行。实际上，只有二进制机器指令（机器语言）可直接被硬件识别和执行。其它机器级的实现主要靠翻译或解释,或者是两者的结合。

翻译是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上可运行的等效程序，然后再在低一级机器级上去实现的技术。

解释则是在低一级机器对高一级机器语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。2.1计算机系统及其结构

人们称以软件为主实现的机器为虚拟机器，以区别于由硬件或固件实现的实际机器。虚拟机器不一定全都由软件实现，有些操作可以用固件或硬件实现。采用何种实现方式，要从整个计算机系统的效率、速度、造价、资源状况等方面考虑。原理上，软件实现的功能完全可以用硬件或固件完成，硬件实现的功能也可以由软件来完成。

具有相同功能的计算机系统其软、硬件功能分配比例可以在很宽的范围内变化如图所示。只有必须的硬件目前的计算机系统软件硬件功能分配比例程序不可编图2-3计算机软、硬件功能分配2.1计算机系统及其结构软硬件取舍原则：原则一：在现有器件和技术条件下，系统要有高的性能价格比； 硬件实现：优点速度快、占存少；缺点成本高、灵活性差；

软件实现：优点成本低、灵活性好；缺点速度慢、占存大，周期长；结论：大量生产、常用功能，硬件实现才适宜；为特殊需要配备硬件：MMX，3Dnow！原则二：考虑设计的软硬件实现复杂度；原则三：对软件（OS、高级语言）提供更好的硬件支持。2.1计算机系统及其结构（4）计算机硬件系统的组成

计算机硬件通常由5个基本部分组成，即:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，各部分的联系如图2-4所示。（3）计算机硬件系统

硬件是由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求构成一个有机的整体，并称其为计算机硬件系统。运算器存储器控制器输入设备输出设备反馈信号取数存数操作命令地址指令程序数据信息响应信号请求信号响应信号请求信号2.1计算机系统及其结构冯·诺依曼计算机的主要特点是：存储程序方式；指令串行执行，并由控制器加以集中控制；单元定长的一维线性空间的存储器；使用低级机器语言，数据以二进制表示；单处理机结构，以运算器为中心。改进后的冯·诺依曼计算机使其从原来的以运算器为中心演变为以存储器为中心。从系统结构上讲，主要是通过各种并行处理手段高提高计算机系统性能。

2.1计算机系统及其结构

（5）计算机硬件的其他有关概念

对于计算机硬件系统，还有一些常用的概念。①中央处理器(CPU)：CPU是计算机中解释和执行指令的部件,要包括运算器和控制器两大部分。CPU是计算机硬件的核心,控制整个计算机系统操作。计算机的性能主要取决于CPU。

②主机：相对于外设，习惯上把内存、CPU合称为主机。微型计算机中，常把主机与一些输入输出的接口部件集成在主机箱中的主机板上。

③外部设备：计算机中凡直接或间接与计算机进行输入或输出信息交换，及转换的各种设备都可称为外设。图2-5中列出了常见的外设。

2.1计算机系统及其结构

一条指令一般包括操作码和操作数两部分。操作码（OP）用来表征一条指令的操作特性和功能；、操作数规定操作数的值或地址、操作结果的地址及下一条指令的地址等。指令格式即指令的操作码和操作数地址或数本身代码排列的方式。指令中的操作数可能不止一个,也可没有。图2-8示出了常见的指令格式.

操作码操作数1···操作数N其中N可为0，1，2，3。

④指令系统：指令是计算机执行某种操作的命令，由CPU直接执行。一台计算机可有许多指令。所有指令的集合称为指令系统。指令系统是计算机基本功能具体而集中的体现。指令是对计算机进行程序控制的最小单位。2.1计算机系统及其结构

(6)CISC和RISC计算机不同类型的计算机，其指令系统的种类和条数亦不同。一般基本指令为70

200条。为使计算机系统具有更强的功能、性能和性价比，以满足各种应用需要，在机器指令系统的设计和改进上有两种不同的途径。

一种是增强机器的指令功能,设计更为复杂的新指令取代由程序完成的功能。这种途径使机器指令系统越来越庞大和复杂，因此,按这种途径设计的机器称为复杂指令系统计算机(CISC）。典型的有IBM370、VAX/780、MC68040和Inteli486等。

另一种是通过减少指令总数和简化指令的功能来降低硬件设计的复杂度，提高指令的执行速度。这种方法称为精简指令系统RISC）。典型的处理器有IBM6150、HP3000、SUNSPARC、Inteli860等。2.1计算机系统及其结构CISC：

–优点：指令越多功能越强，强调代码效率，容易和高级语言接轨。可以对存储器直接操作，实现从存储器到存储器的数据转移，可加入DSP指令。

–缺点：指令太多不易记忆；CPU内部结构复杂造成频率不高；指令执行速度慢。

RISC：

–优点：指令少容易记忆，尽量将操作码和操作数用1个16位数或32位数表示，指令整齐。CPU时钟频率可以做得很高，指令执行速度快。

–缺点：同样功能的程序，产生的代码量比较大；不能对存储器直接访问，不能实现存储器到存储器的数据转移。

2.1计算机系统及其结构目前CISC与RISC正在逐步走向融合，PentiumPro、Nx586、K5就是一个最明显的例子，它们的内核都是基于RISC体系结构的。他们接受CISC指令后将其分解分类成RISC指令以便在同一时间内能够执行多条指令。由此可见，下一代的CPU将融合CISC与RISC两种技术，从软件与硬件方面看二者会取长补短。

2.1计算机系统及其结构

（7）计算机软件系统

软件是指计算机系统中的程序和有关的文档。其中程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是与软件研制、维护和使用有关的资料。

程序必须装入计算机内部才能工作；文档一般是给人看的，不一定装入计算机。软件使用户不用直接面对机器。人们可以不必了解计算机本身的内部构造，而方便有效地使用计算机。也可以说，软件是用户与机器的接口。

（8)计算机软件的发展计算机软件的发展受到应用和硬件发展的推动和制约，发展过程如表2-1所列。2.1计算机系统及其结构阶段年份特点第一阶段：从第一台计算机上第一个程序出现到使用高级程序设计语言出现以前。1946

到1956计算机主要用于科学计算。存储量小。编制程序主要用机器语言和在机器语言基础上稍加符号化的汇编语言。程序的设计和编制工作复杂、繁琐和易出错。设计和编程序采用个体工作方式。衡量程序质量的标准主要是功效，很少考虑结构清晰、易读和易维护性。第二阶段：从实用高级程序设计语言出现以后到软件工程出现以前。1956

到1968除了科学计算外，计算机也被用于信息处理，涉及到非数值数据。出现大容量存储器。高级语言进入实用，出现了操作系统，开始出现数据库及管理程序。编制程序主要采用个体与合作的方式。60年代中期开始出现了软件危机，提出了结构化的程序设计和软件工程的思想。第三阶段：软件工程出现后。1968以来编程普遍采用高级语言、结构化程序设计和工程的方式。出现网络软件。微机普及。面向对象的技术得到使用。2.1计算机系统及其结构

(9)计算机软件的分类

软件可分为系统软件、支援软件和应用软件三类。系统软件由操作系统、编译程序和实用程序等组成。支援软件有接口软件、工具软件、环境数据库等.应用软件是特定应用领域专用的软件。

软件的分类不是绝对的，而是相互交叉和变化的。有些软件既可看作是系统软件，又可看作是支援软件。它们在一个系统中是系统软件，而在另一个系统中却是支援软件；也可在一个系统中既是系统软件，又是支援软件。系统软件和应用软件中也有类似情况。2.1计算机系统及其结构

(10)软件的版权

一个优秀的软件，需要大量软件开发人员辛勤劳动。软件也是一种商品。为了促进计算机软件产业的发展，保护软件著作权人的合法权益，1991年10月国务院发布了《计算机软件保护条例》,明确规定：未经软件著作权人同意私自复制其软件的行为是侵权行为，侵权者要承担相应的民事责任。

1995年成立了“中国软件行业协会知识产权保护联盟，它的主要任务是：推动软件知识产权保护的宣传教育，开展软件知识产权法律的研究和培训工作，帮助软件企业单位建立知识产权管理和保护制度，配合国家行政管理和司法部门打击软件的非法活动，建立良好的市场竞争秩序。微软在京赢首例企业用户盗版诉讼深圳特区报讯日前，北京市第一中级人民法院公布了对“北京纽曼理想数码科技有限公司侵犯微软公司软件著作权纠纷案”的一审判决结果。法院认定纽曼公司非法使用４２套ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓ、ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＯｆｆｉｃｅ系列软件的侵权行为成立，依法判令纽曼公司立即停止侵权行为，并向微软支付赔偿及诉讼费用共计４１万余元。这是微软针对企业最终用户盗版在京提起诉讼并由法院作出判决的第一例案件，也是商业软件联盟在中国维护成员企业合法权益的一起成功案例。２００９年１２月，微软因纽曼公司使用多种微软盗版软件的行为，向北京市文化市场行政执法总队进行投诉。２０１０年１月１９日，行政执法人员对纽曼公司进行执法检查，发现其经营场所内的电脑安装使用了ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ中文专业版、Ｗｉｎｄｏｗｓ７旗舰版、Ｏｆｆｉｃｅ２００３中文专业版和Ｏｆｆｉｃｅ２００７中文专业版四种盗版软件，共计４２套。２０１０年７月，行政执法总队对纽曼公司作出了行政处罚决定，责令其立即停止侵权行为，并处罚金２６０００元。此后，纽曼公司仍未整改。在多次磋商无效的情况下，微软于２０１１年１月向北京市第一中院提起民事诉讼。2.1计算机系统及其结构

(11)计算机硬件和软件的关系

硬件和软件作为组成计算机系统的两大要素，既有区别又有联系。未配置任何软件的计算机叫裸机。裸机是无法工作的。软件必须通过计算机硬件执行，体现其价值。

计算机系统性能的不断提高，是硬件和软件同时发展的结果。20世纪80年代末，日本在研制新一代计算机中，由于只重视硬件的开发，忽视了软件的研究，导致整个研究计划的失败。

计算机系统的许多功能既可由硬件实现，也可由软件实现。在现代计算机系统中出现了固件，它是软件与硬件的结合体。例如在微机中把编译程序固化在ROM中，提高了计算机的处理速度和效率，还具有可更换性和可扩充性的优点。2.1计算机系统及其结构硬件和软件是一个完整的计算机系统互相依存的两大部分，它们的关系主要体现在以下几个方面：⑴硬件和软件互相依存

硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的唯一途径。计算机系统必须要配备完善的软件系统才能正常工作，且充分发挥其硬件的各种功能。

⑵硬件和软件无严格界线

随着计算机技术的发展，在许多情况下，计算机的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件来实现。因此，硬件与软件在一定意义上说没有绝对严格的界面。

⑶硬件和软件协同发展

计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者密切地交织发展，缺一不可。

(1)运算速度

运算速度是评价计算机性能的最重要的指标。计算机进行不同操作所需时间并不相同，所以对运算速度如何计算就有不同的方法。一般地，根据各种指令使用的频度和每一种指令的执行时间计算而得到,也叫等效指令速度。常用标识计算机运算速度的单位是MIPS（每秒106条指令）和BIPS（每秒109条指令）。2.2计算机系统的性能指标

(2)主频

主频是计算机主要的时序信号源的频率。一般由控制器内时钟发生器的频率决定，时钟发生器通常采用石英晶体振荡器,它相当稳定，能以较高的时间精度协调计算机各部分的工作。主频是衡量计算机运行速度的一个重要指标。主频的单位是MHz。如：386微机的主频为33MHz、40MHz等；486微机有50MHz、66MHz等，Pentium微机可达120MHz以上。1992年2月美国DEC公司推出的AlphaAXP微处理器主频就高达200MHz。到2007年，Pentium微机的主频已达3GHz以上。

2.2计算机系统的性能指标

(3)字长

字是计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传送的一组二进制位的多少。一般讲，字长越长，计算机处理信息的效率就越高，数值精度就越高，计算机所能识别的指令位数就越多，功能也越强。通常一个或一类计算机的字长主要是指其CPU中通用寄存器的位数。早期的微机字长为4、8或16位，386、486、Pentium微机和一些小型机的字长为32位，一些大型计算机的字长为48、64位或更多。2002年Intel和AMD公司研制出了64位的CPU。今后64位的CPU将成为各种系统机CPU的主流。

(4)存储容量

这里所说的存储容量是计算机主存储器中能够存储的信息总量。386、486微机标准配置的内存为4MB、8MB或16MB。2002年PentiumⅢ微机的内存配置可达512MB。2007年一般微机的内存配置为1GMB，服务器的内存配置高达4GMB，或更多。

另外，计算机的性能价格比、平均有效率、可维护性、兼容性、透明性、完整性、可用性等也都是评价计算机的重要性能指标。2.3计算机系统的系列与兼容

计算机系列是指在计算机系统结构上采用相同的方案，具有程序上的兼容性和标准的输入/输出接口，在性能和价格上不同的一组计算机。主要特点如下：

(1)具有程序向上兼容性

程序兼容是指用机器语言或汇编语言编的程序能在各种机型上运行，且能得到相同的结果。如果所有能在低档机型上能运行的程序，在高档机型上也能运行，反之则不一定，这种情况被称为程序向上兼容。计算机系列内的程序兼容性，可使几个机型采用相同的系统软件，这样应用程序也很容易由一个机型移到另一个机型上。

2.3计算机系统的系列与兼容

(3)性能和价格上次第排列一个系列中各型号计算机在性能和价格上按次序进行排列。它们在CPU速度、主存容量等方面拉开距离，可满足各类用户的需要。

一般，系列计算机常由一个或几个公司设计并生产。如IBM公司设计并生产的IBM系列，DEC公司设计并生产的VAX系列，HP公司生产的HP/9000系列，采用IntelCPU生产的Intel系列个人计算机、服务器等。

(2)具有统一的程序编制方式

各型号的计算机在工作方式、数据和指令格式、指令系统、外设的控制与使用方式等方面采用统一的方案，即对程序员来说，它们具有统一的程序编制方式。2.3计算机系统的系列与兼容计算机技术不断发展,系列机的概念和设计技术也会有所变化。其趋势是：

①当中央处理器硬件的成本比软件或系统的成本小得多时，系列机不一定在中央处理机的硬件设计上过多地分档，而以某种“积木化”方式在性能和外围设备配置上分档。

②生产厂家在保证用户程序兼容这一系列机最主要特征的情况下，还将研制与传统系列机概念不同的各式各样的系列机，尤其在微型与小型计算机方面的表现更为明显。

只要在同一时刻或是在同一时间间隔内完成两种或两种以上相同或不同的工作，它们就都体现了并行性。并行性包括了同时性和并发性。同时性是两个或多个事件在同一时刻发生。并发性是两个以上事件在同一时间间隔内发生。2.4并行处理计算机系统

(1)并行处理的概念微电子器件技术是促使计算机性能提高的关键因素，但不是唯一的因素。恩斯洛曾统计过，1965年到1975年的10年里，器件性能提高了10倍，计算机系统性能却提高了100倍。这表明器件的发展并不是促使计算机性能提高的唯一途径。

在一定的器件技术水平上，采取并行处理技术，可进一步提高计算机的性能。通常在数值计算、数据处理、智能处理等，都含有同时运算或操作的成分。人们把那些具有可同时进行运算或操作的特性，称为并行性。并行处理可以提高计算机解题的效率。2.4并行处理计算机系统

(2)并行处理的分类（3种分类方式）从计算机执行程序的角度看，可以分为四级:1)指令内部：一条指令内部各个微操作之间的并行。

2)指令之间：多条指令的并行执行。

3)任务或进程之间：多个任务或程序段的并行执行。

4)作业或程序之间：多个作业或多道程序的并行。

作业或程序间并行的关键在于并行算法，即怎样将有限的硬件、软件资源有效地同时分配给正在解题的多个程序。

任务或进程级的并行主要涉及如何进行任务分解。指令之间的并行主要应解决和处理好指令之间存在的相互关联。指令内部的并行则主要取决于硬件和组成的设计。并行性的实现是一个软、硬件功能分配问题。2.4并行处理计算机系统从计算机处理数据的角度看，可以分为

位串字串：同时只对一个字的一位进行处理，这通常是指传统的串行单处理机，没有并行性。

位并字串：同时对一个字的全部位进行处理，这通常是指传统的并行单处理机。

位片串字并：同时对许多字的同一位（称位片）进行处理。

全并行：同时对许多字的全部或部分位组进行处理。

从计算机信息加工步骤和阶段看，可分为:

存贮器操作并行：可以在一个存贮周期内访问多个字。-处理器操作步骤并行：采用流水线的处理方式执行一条指令的取指、分析、执行等操作。处理器操作并行：配置多个处理单元，让它们在同一控制器的控制下，按照同一条指令的要求对多个数据组同时操作。

指令、任务、作业并行：多个处理机同时对多条指令及有关的多数据组进行处理。2.4并行处理计算机系统

(3)并行处理系统的实现途径为提高计算机系统的并行性，可以通过各种各样的技术途径来达到，如时间重叠、资源重复和资源共享。

时间重叠是让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分。指令内部各操作步骤采用流水线的工作方式，就是典型的例子。资源重复是通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。如双工系统就是利用资源重复，通过使用两台完全相同的计算机完成同样的任务来提高可靠性。

资源共享是利用软件的方法让多个用户按一定时间顺序轮流地使用同一套资源，以提高其利用率。如多道程序分时系统。

计算机系统可以通过多种并行性措施，来提高计算机系统的性能。

2.4并行处理计算机系统

(3)并行处理系统的实现途径为提高计算机系统的并行性，可以通过各种各样的技术途径来达到，如时间重叠、资源重复和资源共享。

时间重叠是让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分。指令内部各操作步骤采用流水线的工作方式，就是典型的例子。资源重复是通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。如双工系统就是利用资源重复，通过使用两台完全相同的计算机完成同样的任务来提高可靠性。

资源共享是利用软件的方法让多个用户按一定时间顺序轮流地使用同一套资源，以提高其利用率。如多道程序分时系统。

计算机系统可以通过多种并行性措施，来提高计算机系统的性能。

2.4并行处理计算机系统提高并行处理效率的关键之一是并行算法。算法须适应计算机的结构。如果一种算法所表达出来的并行度与计算机的并行度基本一致，便能提高计算机的解题效率。

2.4并行处理计算机系统（5）多机系统多机系统指的是多处理机系统和多计算机系统。多处理机系统是由多台处理机组成的单一计算机系统。多计算机系统则是由多台独立的计算机组成的系统。

多处理机或多机系统都可有效的提高系统的可靠性和处理速度。为使并行处理的任务能在处理机或多机之间随机地进行调度,必须采用具有同等功能的处理机和计算机系统。按照这种方式组成的多机系统被称为同构型多机系统。

在地理上分散的多台计算机之间要实现资源共享，根本的措施是网络化。局域网的发展推动了多计算机系统向分布处理系统的发展。

总之，无论是单处理机还是多机系统，按不同技术途径，均朝着同构型、异构型、分布处理多处理机系统的方向发展。（2）专用机和通用机

早期计算机均针对特定用途而设计,具有专用性质。60年代起，开始制造可兼顾多种功能的通用机,特别是系列机的出现、高级语言的使用和操作系统的成熟,使同一种机型系列选择不同的软件、硬件配置就能适应不同的需要,进一步强化了通用性。但特殊场合、用途中的专用机仍在使用并不断发展.本书中讨论的是通用机。

2.5计算机的分类（1）数字机和模拟机

数字机运算处理的数据是用离散数字基表示的，而模拟机运算处理的数据是用连续模拟量表示的。与数字机比较，模拟机精度低、稳定性和可靠性差，仅在速度快的场合使用。2.5计算机的分类（3）通用计算机的分类按计算机的功能多少和性能的高低可将通用计算机分为微型计算机、工作站、小型计算机、大型计算机，超级计算机和服务器等。

1）微型计算机微型计算机，也称个人计算机（PC）。它的体积相对较小，价格也比较便宜。主要是面向个人用户群体和小型系统应用的。微型计算机也有几种类型，包括桌面计算机、笔记本式计算机、掌上计算机、嵌入式计算机、网络计算机等。桌面计算机：是一种可以放置在办公桌上使用的微型计算机。它的CPU和存储器通常集成在一块主板上，并配有大容量外存（硬盘）、CD-ROM、显示器、外接键盘和通用外设接口（RS-232/USB等）等。其主板、硬盘和电源被集中安置在一个主箱内。笔记本式计算机：是一种便于携带的微型计算机，它的配置和处理能力与桌面微型计算机基本相似，所不同的是主机箱更小，并包括键盘和显示器。掌上计算机：是一种便携性更强的微型计算机，它的体积更小，有些只有信用卡那么大。2.5计算机的分类嵌入式计算机：是一种可以嵌入到别的产品中的微型计算机，它可以增强所嵌入产品的功能和性能。如在汽车中嵌入计算机能帮助导航、控制发动机的运行和刹车制动等。

网络计算机：是一种价格便宜、运行成本较低的PC机。它存储容量和计算能力都比一般个人计算机低，一般不配置硬盘。网络计算机一般需要连入一个局域网或广域网，可以从网络上下载所需要的软件，可以利用和访问网络中其它可利用的资源。2.5计算机的分类

2）工作站

工作站是一种介于高档微机和低档小型计算机之间的一种桌面计算机。它一般采用精简指令系统，配有高速处理的CPU、大容量存储器和高分辨率的彩色大屏幕显示器等。它能完成复杂的数学计算和图形、图象处理，主要用于工程单位的工作人员和科研人员从事复杂的工程处理和科学研究模拟实验等工作，如辅助建筑和机械设计（CAD），从事影视剧动画制作等。

3）小型计算机

小型计算机通常配有比桌面计算机速度更快的CPU和容量更大的主存和外存，其体积也比桌面计算机大的多，通常象一个三抽屉文件柜一样大小，并配以多任务、多用户分时操作系统。小型计算机可供多个用户同时使用，可以支持多种事务处理活动。一般用于中小型企业的工资、库房、财务等的信息处理和管理。2.5计算机的分类

4）大型计算机

大型机通常配置多个高档CPU，主存和外存的容量和存取速度也比小型计算机要强的多，并配以多任务、多用户分时和支持并行处理的操作系统。大型机运算速度比小型机要快的多，可供几百个用户同时使用。大型机必须放置在一个环境良好的房间内，并需要专业技术人员进行维护。一般用于大型企业的复杂事务的处理，如数据仓库的管理、决策支持系统等。

5）超级计算机

超级计算机，有时也称巨型计算机。是指在一定时期内速度最快、性能最高、体积最大、耗资最多的计算机系统。它一般用于宇宙探索、国防研究、人工智能、气象预报等领域。它标志着一个国家计算机发展的水平。美国克雷公司研制的Cray系列机和CDC公司研制的Cyber系列机都是著名的巨型机。我国研制的“银河”、“曙光”和“神州”机也属巨型机行列。到2008年底，世界上超级计算机的运算速度已达一万万亿次/秒，中国研制的“天河一号”也达到了三千万亿次/秒。

6）服务器服务器一般配有较大的内存和外存，具有较强的通信能力，具有保证长时间不停机运行的保障措施。一般用于企业的数据存储和交流的中心机或Web站点的信息发布与管理等。2.5计算机的分类

计算机的分类是一个相对的概念，一个时期的超级计算机经过一个时期后，可能会成为一般的计算机。通常说某种计算机属哪一型，是指它处理数据的能力而言，然而现在的一台小型机的处理能力可能比20多年前的大型机还强得多。就价格而言，大约每隔10年相同处理能力的计算机的价格会下降一个数量级。因而常用价格区分：1万美元以下的为微机；1～50万美元的为小型机；50～500万美元的为大型机；500万美元以上的为超级计算机。除上面介绍的分类方法外，还可分为并行计算机和串行计算机或定点计算机和浮点计算机等。计算机起源与发展历史2.6计算机系统的发展历史

计算机从20世纪40年代诞生至今，已经历了60多年的历程。随着数字科技的革新，计算机差不多每10年就要更新换代一次。2.6计算机系统的发展历史

第一代：电子管计算机

1946年，世界上第一台电子数字积分式计算机-埃尼亚克（ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生。ENIAC犹如一个庞然大物，它重达30吨，占地170平方米，内装18000个电子管，但其运算速度比当时最好的机电式计算机快1000倍。

1949年，第一台存储程序计算机-EDSAC在剑桥大学投入运行，ENIAC和EDSAC均属于第一代电子管计算机。

电子管计算机采用磁鼓作存储器。磁鼓是一种高速运转的鼓形圆筒，表面涂有磁性材料，根据每一点的磁化方向来确定该点的信息。第一代计算机由于采用电子管，因而体积大、耗电多、运算速度较低、故障率也高。主要用于科学计算方面。2.6计算机系统的发展历史

第二代：晶体管计算机

1947年，肖克利、巴丁、布拉顿三人发明的晶体管，比电子管功耗少、体积小、质量轻、工作电压低、工作可靠性好。1954年，贝尔实验室制成了第一台晶体管计算机—TRADIC，使计算机体积大大缩小。1957年，美国研制成功了全部使用晶体管的计算机。

第二代计算机的主要逻辑部件采用晶体管，内存储器主要采用磁芯，外存储器主要采用磁盘，输入和输出方面有了很大的改进，价格大幅度下降。在程序设计方面，研制出了一些通用的算法和语言，其中影响最大的是FORTRAN语言。ALGOL和COBO语言随后也相继出现，操作系统的雏形开始形成。第二代计算机的运算速度比第一代计算机提高了近百倍。2.6计算机系统的发展历史

第三代：集成电路计算机

20世纪60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了