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计算机俗称电脑，英文是Computer。它是一种能高速运算、具有内部存储能力、由程序控制其操作过程及能自动进行信息处理的电子设备。目前，计算机已成为我们学习、工作和生活中使用最广泛的工具之一。
【熟记】第一台电子计算机的名称、诞生时间和地点；各代计算机的主要元器件和代表机型；我国大型计算机的代表。
1946年，世界上第一台电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学研制成功。这台计算机结构复杂、体积庞大，但功能远不及现代的一台普通微型计算机。
ENIAC的诞生宣告了电子计算机时代的到来，奠定了计算机发展的基础，开辟了计算机科学技术的新纪元。从第一台电子计算机诞生到现在，计算机经历了大型计算机阶段和微型计算机阶段。
在ENIAC的研制过程中，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼归纳并总结了以下3点。
● 采用二进制。在计算机内部，程序和数据采用二进制代码表示。
● 存储程序控制。程序和数据存放在存储器中，即采用程序存储的概念。计算机执行程序时无须人工干预，它能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。
● 具有5个基本功能部件。计算机具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这5个基本功能部件。
人们通常根据计算机所采用电子元器件的不同将计算机的发展过程划分为电子管、晶体管、小规模/中规模集成电路及大规模/超大规模集成电路4个阶段，将各阶段的计算机分别称为第一代至第四代计算机。在发展过程中，计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛。
（1）第一代计算机（1946—1959年）。
● 主要元器件是电子管。
● 运算速度为每秒几千次到几万次，内存容量仅为1000~4000B。
● 主要用于军事和科学研究。
● 体积庞大、造价昂贵、运算速度慢、存储容量小、可靠性差、维护困难。
● 最具代表性的机型为UNIVAC-1。
（2）第二代计算机（1959—1964年）。
● 主要元器件是晶体管。
● 运算速度提高到每秒几十万次，内存容量扩大到几十万字节。
● 应用领域已扩展到数据处理和事务处理。
● 体积小、质量轻、耗电量少、运算速度快、可靠性高、工作稳定。
● 最具代表性的机型为IBM-7000系列机。
（3）第三代计算机（1964—1972年）。
● 主要元器件是小规模集成电路（SSI）和中规模集成电路（MSI）。
● 主要用于科学计算、数据处理以及过程控制。
● 功耗、价格等进一步降低，体积减小，而运算速度及可靠性提高。
● 最具代表性的机型为IBM-360系列机。
（4）第四代计算机（1972年至今）。
● 主要元器件是大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。
● 运算速度为每秒几百万次至上亿次。
● 应用于社会中的各个领域。
● 体积、质量进一步减小，功耗进一步降低。
● 最具代表性的机型为IBM 4300/3080/3090/9000系列机。
我国计算机技术研究起步晚、起点低，但随着改革开放的深入和国家对高新技术的扶持、对创新能力的提倡，计算机技术的水平正在逐步地提高。我国计算机技术的发展历程如下。
● 1956年，开始研制计算机。
● 1958年，第一台电子管计算机——103型计算机研制成功。1959年，104型计算机研制成功，这是我国第一台大型通用电子数字计算机。1964年，第二代晶体管计算机研制成功。1973年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功。
● 1983年，我国第一台亿次巨型计算机——“银河”诞生。1992年，10亿次巨型计算机——“银河Ⅱ”诞生。1997年，每秒130亿次浮点运算、全系统内存容量为9.15GB的巨型机——“银河Ⅲ”研制成功。
● 1995年，第一套大规模并行机系统——“曙光”研制成功。1998年，“曙光2000-I”诞生，其峰值运算速度为每秒200亿次。2000年，“曙光2000-Ⅱ”超级服务器问世，峰值速度达每秒1117亿次，内存高达50GB。
● 1999年，“神威”并行计算机研制成功，其技术指标位居世界第48位。
● 2001年，中国科学院计算所成功研制我国第一款通用CPU——“龙芯”芯片。
● 2004年，“曙光4000A”高性能计算机研制成功。
● 2005年，联想集团并购IBM的个人计算机（Personal Computer，PC）业务，一跃成为全球第三大个人计算机制造商。
● 2008年，我国成功自主研制出百万亿次超级计算机“曙光5000”。
● 2009年，我国首台百万亿次超级计算机“魔方”（产品序列名称为“曙光5000A”）在上海正式对外运行。同年，我国第一台千万亿次超级计算机——“天河一号”亮相，其峰值运算速度达到千万亿次/秒。
● 2013年5月，国防科技大学研制出“天河二号”，其峰值运算速度达亿亿次/秒。
● 2016年6月，由国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威·太湖之光”成为世界上第一台运算速度突破10亿亿次/秒的超级计算机。
作为辅助人类智力劳动的工具，计算机具有以下特点。
【熟记】计算机的特点。
（1）处理速度快。
现在运算速度高达10亿次/秒的计算机使过去人工计算需要几年或几十年才能完成的科学计算能在几小时或更短时间内完成。
（2）计算精度高。
随着字长的增加和先进计算技术的出现，具备高精度计算能力的计算机能解决其他计算工具无法解决的问题。
（3）存储容量大。
内部存储器的容量越来越大；外部存储器随着大容量的磁盘、光盘、U盘等外部存储器的发展，存储容量也越来越大。
（4）可靠性高。
计算机发展到今天，其可靠性很高，一般很少发生错误。人们通常所说的“计算机错误”，其实大多是计算机的外设错误和人为造成的错误。
（5）全自动工作。
全自动工作指人们根据应用的需要，事先编制好程序，使计算机能在编制好的程序的控制下自动工作，不需要人工干预，工作完全自动化。
（6）适用范围广，通用性强。
计算机预先将数据编制成计算机可识别的编码，将问题分解成基本的算术运算和逻辑运算，再通过编制和运行不同的软件来解决大部分复杂的问题。
【熟记】计算机的应用领域。
计算机的应用主要分为数值计算和非数值计算两大类。信息处理、计算机辅助设计、计算机辅助教学、过程控制等均属于非数值计算。非数值计算的应用领域远远大于数值计算的应用领域。
据统计，目前计算机的用途有5000多种，并且以每年300~500种的速度增加。计算机的应用领域主要可以分为以下几类。
科学计算也称数值计算，主要解决科学研究和工程技术中产生的大量数值计算问题。这是计算机最初的也是最重要的应用领域。
计算机“计算”能力的增强推动了许多科学研究的发展，如人类基因序列分析计划、人造卫星的轨道测算等。
信息处理是指对大量数据进行加工处理，如收集、存储、传输、分类、检测、排序、统计、输出等，再筛选出有用信息。信息处理是非数值计算，其处理的数据虽然量大，但计算方法简单。
过程控制又称实时控制，是指用计算机实时采集控制对象的数据，对数据进行分析处理后，按系统要求对控制对象进行控制。工业生产领域的过程控制是实现工业生产自动化的重要手段。利用计算机对生产过程进行监视和控制可以大大提高生产效率。
在计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）系统的帮助下，设计人员能够实现最佳的设计模拟，提前做出设计判断，并能很快制作图纸。
计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）系统利用CAD输出的信息控制、指挥作业。
将CAD、CAM和数据库技术集成在一起形成计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）技术，可实现设计、制造和管理的自动化。
网络通信是指通过电话交换网等方式将计算机连接起来，实现资源共享和信息交流。应用到计算机通信的技术主要有以下几个。
①网络互联技术。
②路由技术。
③数据通信技术。
④信息浏览技术。
⑤网络技术。
人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指用计算机模拟人类的学习过程和探索过程。人工智能的应用主要有以下几个方面。
①自然语言理解。
②专家系统。
③机器人。
④定理自动证明。
多媒体是指以文本、图形、图像、音频、视频、动画等形式来表示和传输信息的载体。多媒体技术是指应用计算机对上述多种媒体信息进行综合处理和管理，使多种媒体信息建立逻辑连接，集成一个具有交互性的系统的技术。多媒体技术不仅拓宽了计算机的应用领域，其与人工智能技术的结合还促进了虚拟现实、虚拟制造等技术的发展，使人们可以在虚拟的环境中感受真实的场景，体验产品的功能与性能。
把处理器芯片嵌入计算机设备中以使计算机完成特定处理任务的系统称为嵌入式系统。嵌入式系统的应用主要有以下两个方面。
①消费类电子产品。
②工业制造系统。
【熟记】计算机的常见分类方法。
依照不同的标准，计算机有多种分类方法，常见的分类方法有以下几种。
按计算机的主要性能，如字长、存储容量、运算速度、外设以及允许同时使用同一台计算机的用户数量等，计算机可分为超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站和服务器6类。这是最常用的分类方法之一。
（1）超级计算机（也称巨型机）主要用于气象、太空、能源和医药等领域以及战略武器研制的复杂计算中，如我国的“银河”“曙光”“神威”以及美国的Cray-1、Cray-2、Cray-3等计算机。
（2）大型计算机主要应用于大型软件企业、商业管理和大型数据库，也可用作大型计算机网络的主机，如IBM 4300、IBM 9000系列。
（3）小型计算机的价格低，适合中小型单位使用，如DEC 公司的VAX系列、IBM 公司的AS/4000系列。
（4）微型计算机（也称个人计算机）小巧、灵活，一次只允许一个用户使用，如台式机、笔记本电脑、便携机、掌上计算机、PDA（掌上电脑）等。
（5）工作站主要应用于图像处理、计算机辅助设计以及计算机网络等领域。
（6）服务器通过网络对外提供服务。相对于普通计算机来说，服务器在稳定性、安全性及其他性能等方面的要求更高。
按处理数据的类型，可将计算机分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机。
（1）数字计算机处理以“0”“1”表示的二进制数字。数字计算机的计算精度高，存储量大，通用性好。
（2）模拟计算机处理的数据是连续的，它的运算速度快，但计算精度低、通用性差。
（3）混合计算机集以上二者的特点于一身，它的运算速度快、计算精度高、仿真能力强。
按使用范围，计算机可以分为专用计算机和通用计算机。
（1）专用计算机专门为某种需求而研制，不能用于其他领域。
（2）通用计算机即我们常说的“计算机”，适用于一般应用领域。
目前，计算机在各个领域都得到了广泛应用，在工业、农业、军事、商业以及日常生活中随处可见。随着科学技术的飞速发展和全球范围内新技术革命的不断兴起，计算机科学研究逐渐涉及人工智能、网格计算、中间件技术、云计算等方面。
人工智能主要研究、开发能以与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，主要技术包括机器人开发、指纹识别、人脸识别、自然语言处理等。人工智能让计算机的行为更接近人类，以实现人机交互。
随着科学技术的进步，世界上每时每刻都在产生海量的数据信息。面对巨大的数据量，即使是高性能计算机也无能为力。于是，人们把目光投向了数亿台在大部分时间里都处于闲置状态的计算机。假如发明一种技术，它能自动搜索到这些计算机，并将它们连接起来，它们形成的计算能力肯定会超过许多高性能计算机。网格计算就来源于这种设想。
网格计算是针对复杂科学计算的新型计算模式。这种模式利用互联网，把分散在不同地理位置的计算机组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算模式是由成千上万个“节点”组成的一张“网格”。
网格计算的特点如下。
● 能够使资源共享，实现应用程序的互相连接。
● 能让多台计算机协同工作，共同处理一个项目。
● 基于国际的开放技术标准。
● 可以提供动态的服务，能够适应变化。
中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件。中间件抽象了典型的应用模式，使应用软件制造商可以基于标准的中间件进行再开发。中间件有多种类型，如交易中间件、消息中间件、专有系统中间件、面向对象中间件、数据访问中间件、远程过程调用中间件、Web服务器中间件、安全中间件等。
中间件的特点如下。
● 能满足大量应用的需要。
● 运行于多种硬件和操作系统平台。
● 支持分布式计算，提供跨网络、硬件和操作系统的透明性应用或服务的交互。
● 支持标准的协议。
● 支持标准的接口。
云计算（Cloud Computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）将云计算定义为能够对基于网络的、可配置的共享计算资源池进行方便的按需访问的一种模式。这些共享计算资源池包括网络、服务器、存储、应用和服务等资源，这些资源可以通过最小化的管理和交互开销被快速提供与释放。
云计算的特点是超大规模、虚拟化、高可靠性、强通用性、高可扩展性、按需服务、价格低。
21世纪是人类走向信息社会的世纪，是网络的世纪，是超高速信息公路建设取得实质性进展并进入应用的世纪。那么，计算机的发展趋势是什么？新一代计算机有哪些类型？下面进行介绍。
（1）巨型化。
巨型化是指计算机向高速运算、大存储容量和强大功能的方向发展。巨型计算机的运算能力一般在每秒百亿次以上，内存容量在几百吉字节以上。巨型计算机的发展集中体现了计算机科学技术的发展水平，推动了计算机系统结构、硬件和软件的理论与技术、计算数学以及计算机应用等多个科学分支的发展。巨型计算机主要用于尖端科学技术和军事、国防系统等的研究与开发。
（2）微型化。
因大规模、超大规模集成电路的出现，计算机迅速向微型化方向发展。微型化是指计算机的体积更小、功能更强、可靠性更高、携带更方便、价格更低、适用范围更广。因为微型计算机可以渗透到仪表、家电、导弹弹头等小型计算机无法进入的领域，所以从20世纪80年代开始，它的发展变得异常迅速。
（3）网络化。
计算机网络是计算机技术发展的又一重要分支，是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。网络化就是利用现代通信技术和计算机技术，将分布在不同地点的计算机连接起来，让计算机按照网络协议互相通信，共享软件、硬件和数据资源。
（4）智能化。
第五代计算机要实现的目标是“智能”，让计算机能模拟人的感觉、行为、思维过程，使计算机具有视觉、听觉、语言、推理、思维、学习等能力，成为智能化计算机。
（1）模糊计算机。
在实际生活中，人们会大量使用模糊信息，如“走快一些”“再来一点”“休息片刻”中的“一些”“一点”“片刻”等都是不精确的说法，这些模糊信息都需要处理。目前，一般计算机只能进行精确运算，不能处理模糊信息，而模糊计算机除具有一般计算机的功能外，还具有学习、思考、判断和对话的能力，可以快速辨识外界物体的形状和特征，甚至还可以帮助人们从事复杂的脑力劳动。
早在1990年，日本松下公司就把模糊计算机安装在洗衣机上，它可以根据衣服的脏污程度以及布料类型调节洗衣过程。我国有些品牌的洗衣机也装上了模糊计算机。后来，人们又把模糊计算机安装在吸尘器里，它可以根据灰尘量以及地毯厚度调整吸尘器的功率。此外，模糊计算机还用于地震灾情判断、疾病医疗诊断、发酵工程控制、海空导航巡视、地铁管理等多个方面。
（2）生物计算机。
微电子和生物工程这两项高科技技术的互相渗透为研制生物计算机提供了可能。利用DNA和酶的相互作用，可以使一种基因代码转变为另一种基因代码，转变前的基因代码可以作为输入数据，转变后的基因代码可以作为运算结果。利用这一转变过程可以研制一种新型生物计算机。科学家认为生物计算机的发展可能要经历一个较长的过程。
（3）光子计算机。
光子计算机是一种用光信号进行数值运算、信息存储和处理的新型计算机，是运用集成电路技术，把光开关、光存储器等集成在一块芯片上，再用光导纤维连成的计算机。1990年1月底，贝尔实验室研制出世界上第一台光子计算机。光子计算机的关键技术为光存储技术、光互联技术、光集成元器件技术。除贝尔实验室外，日本和德国的一些公司也投入巨资来研制光子计算机，预计未来将出现更先进的光子计算机。
（4）超导计算机。
超导技术的发展使科学家想到用超导材料来代替半导体材料制造计算机。超导计算机具有超导逻辑电路和超导存储器，其运算速度是传统计算机无法比拟的。美国科学家已经成功地将5000个超导单元及其装置集成在一个小于10cm 3 的主机内，制成了一个简单的超导计算机，它每秒能执行2.5亿条指令。研制超导计算机的关键是有一套能维持超低温的设备。
（5）量子计算机。
量子计算机中的数据用量子位存储。由于量子有叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既是0又是1，因此一个量子位可以存储2个数据。同样数量的存储位，量子计算机的存储量比传统计算机大许多。传统计算机与量子计算机之间的区别是，传统计算机遵循众所周知的经典物理规律，而量子计算机遵循量子动力学规律。量子计算机是一种信息处理的新模式，能够实现量子并行计算。2020年12月4日，中国科学技术大学的潘建伟等人成功构建出了76个光子的量子计算原型机“九章”，其求解高斯玻色取样只需200秒。
信息同物质、能源一样重要，是人类生存和社会发展的基本资源。数据被处理之后产生信息，信息具有针对性、实时性，是有意义的数据。信息技术的定义是：应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法与管理技巧；上述方法和技巧的应用；计算机及其与人、机的交互作用；与之相应的社会、经济和文化等多种事物。目前，信息技术主要指一系列与计算机相关的技术。
一般来说，信息技术包括信息基础技术、信息系统技术和信息应用技术。
（1）信息基础技术。
信息基础技术是信息技术的基础，包括新材料、新能源、新元器件的开发和制造技术。
（2）信息系统技术。
信息系统技术是指有关获取、传输、处理、控制信息的设备和系统的技术，感测技术、通信技术、计算机与智能技术和控制技术是它的核心与支撑技术。
（3）信息应用技术。
信息应用技术是可达到各种实用目的的技术，如信息管理、信息控制、信息决策等技术。
信息技术在社会各个领域得到了广泛的应用，显示出强大的生命力。展望未来，现代信息技术将向数字化、多媒体化、高速度、网络化、宽频带化、智能化等方向发展。