本節要點
主要掌握馮諾依曼計算機體系結構和計算機領域重要人物及其研究成果和相關獎項。
計算機系統簡介
計算機系統由“硬體”和“軟體”組成，所謂“硬體”即指計算機的實體部分，由看得見摸得着的各種電子元器件組成，比如主機、外設等。
所謂“軟體”是看不見摸不着的，比如我們常用的浏覽器、微信和QQ、PPT等。
馮諾依曼計算機
1944年，美籍匈牙利數學家 馮·諾依曼提出計算機基本結構和工作方式的設想，為計算機的誕生和發展提供了理論基礎。
時至今日，盡管計算機軟硬體技術飛速發展，但計算機本身的體系結構并沒有明顯的突破，當今的計算機仍屬于馮·諾依曼架構。
其理論要點如下：
1、計算機硬體裝置由運算器、控制器、存儲器、輸入裝置和輸出裝置五部分組成。
2、存儲程式思想：把計算過程描述為由許多指令按一定順序組成的程式，然後把程式和資料一起輸入計算機，計算機對已存入的程式和資料處理後，輸出結果。
馮諾依曼計算機補充特點
- 指令和資料以同等地位存放于存儲器内，并可按址尋訪。
- 指令和資料均用二進制碼表示。
- 指令由操作碼和位址碼組成，操作碼用來表示操作性質，位址碼用來表示操作數所在存儲器中的位置。
- 指令在存儲器内按順序存放。通常，指令是順序執行的，在特定條件下，可根據運算結果或根據設定的條件改變執行順序。
- 機器以運算器為中心，輸入輸出裝置與存儲器的資料傳送通過運算器。
馮諾依曼計算機結構圖
現代計算機結構圖
圖靈及圖靈獎
艾倫.麥席森.圖靈，英國數學家，他的圖靈機模型為計算機的邏輯工作方式奠定了基礎。
圖靈機将人們使用紙筆進行數學運算的過程進行抽象，由一個虛拟的機器替代人們進行數學運算。
圖靈獎：由美國計算機協會（ACM）于1966年設立，專門獎勵那些對計算機事業作出重要貢獻的個人，它是計算機界最負盛名、最崇高的一個獎項，有“計算機界的諾貝爾獎”之稱。
戈登·摩爾及摩爾定律
- 戈登·摩爾，美國科學家，企業家，英特爾公司創始人之一。
- 摩爾定律：當價格不變時，內建電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也将提升一倍。
Ada Lovelace
世界上第一位給計算機寫程式的是Ada Lovelace。是一位女程式員。
世界上第一台計算機
1946年2月，在美國賓西法尼亞大學世界上第一台電子數字計算機ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator電子數值積分和計算機）誕生了（如圖所示），它标志着計算機時代的到來。
計算機發展階段
人們根據計算機的性能和使用主要元器件的不同，将計算機的發展劃分成四個階段。
第一代計算機
1946-1958年，電子管時代計算機。
主要特點：采用電子管作為計算機的主要邏輯部件體積大，耗電量大，壽命短，成本高。電子管如圖所示。
這一時期的典型機器：
國外的：ENIAC 、UNIVAC。
國内的：103、104等。
第二代計算機
1959~1964年，半導體計算機時代。
主要特點：
采用半導體作為計算機的主要邏輯部件，體積減小，重量減輕，成本下降，能耗降低。半導體如圖所示。
這一時期的典型機器：
國外的：IBM7090等，如圖所示：
國内的：441B等。
第三代計算機
1965~1970年，內建電路計算機時代。
主要特點： 采用中、小規模內建電路做主要邏輯部件，進而使計算機體積更小，重量更輕，耗電更省，壽命更長，成本更低，運算運算速度有了更大的提高。內建電路如圖所示：
這一時期的典型機器：
國外的：IBM-360等。
國内的：709等。
第四代計算機
1971年至今，大規模、超大規模內建電路計算機時代。
主要特點： 采用大規模、超大規模內建電路作基本邏輯部件，使計算機體積、重量和成本大幅度的降低，運算速度和可靠性大幅度的提高。大規模內建電路如圖所示：
這一時期典型機器：
國外：IBM-370等。
國内：銀河等。
計算機的分類
巨型計算機(Super Computer)
人們通常把最快、最大、最昂貴的計算機稱為巨型機（超級計算機）。巨型機一般用在國防和尖端科學領域。
世界上隻有少數幾個國家能生産巨型機，著名巨型機如：美國的克雷系列(Cray-1,Cray-2，Cray-3、Cray-4等)，大陸自行研制的銀河-I（每秒運算1億次以上）、銀河-II（每秒運算了10億次以上）和銀河-III（每秒運算100億次以上）也都是巨型機，如圖示。
目前，計算機運算速度最高的是日本NEC的Earth Simulator（地球模拟器），它實測運算速度可達到每秒35萬億次浮點運算，峰值運算速度可達到每秒40萬億次浮點運算。
大型主機(Mainframe)
大型主機包括大型機和中型機，價格比較貴，運算速度沒有巨型機那樣快，一般隻有大中型企事業機關才有必要配置和管理它。美國 IBM公司生産的IBM360、IBM370、IBM9000系列，就是國際上有代表性的大型主機。
小型計算機(Minicomputer)
小型計算機一般為中小型企事業機關或某一部門所用，例如高等院校的計算機中心都以一台小型機為主機，配以幾十台甚至上百台終端機。大陸生産的太極系列機都是小型計算機的代表。
小巨型計算機(Minisupers)
也稱為桌上型超級電腦，其發展非常迅速。例如，美國Convex公司的 C系列機等，就是比較成功的小巨型機。
微型計算機(Micro Computer)
微型計算機又稱個人計算機（Personal Computer，PC），是第四代計算機時期出現的一個新機種。特點是輕、小、價廉、易用。
工作站(Workstation)
工作站是介于個人計算機——PC機和小型計算機之間的一種高檔微型機，如圖所示。工作站通常配有高檔 CPU、高分辨率的大螢幕顯示器和大容量的内外存儲器，具有較強的資料處理能力和高性能的圖形功能。它主要用于圖像處理、計算機輔助設計（CAD）等領域。
伺服器（Server）
伺服器是一種在網絡環境中為多個使用者提供服務的計算機系統，如圖所示。從硬體上來說，一台普通的微型機也可以充當伺服器，關鍵是它要安裝網絡作業系統、網絡協定和各種服務軟體。根據提供的服務，伺服器可以分為檔案伺服器、資料庫伺服器、應用伺服器和通信伺服器等。
嵌入式計算機
嵌入式計算機是指作為一個資訊處理部件，嵌入到應用系統之中的計算機。嵌入式計算機與通用型計算機最大的差別是運作固化的軟體，使用者很難或不能改變。嵌入式計算機應用最廣泛，數量超過微型機。目前廣泛用于各種家用電器之中，如電冰箱、自動洗衣機、數字電視機和數位照相機等。
科學計算
科學研究和工程技術計算領域是計算機的重要應用領域，也是應用最早、最廣泛的領域。計算機的使用，使得很多複雜的科學計算，如軍事、航天、氣象等學科領域中的許多問題得以解決。人們利用計算機進行各種研究和設計工作，取得比過去用實驗方法或粗略估算方法精确得多的結果，進而大大減少研究、試制的時間和人力與費用。科學計算的特點是計算量大和數值變化範圍大。
資料處理
資料處理又稱為資訊處理，是用計算機對大量資料進行收集、整理、加工、分析及利用。與科學計算不同，資料處理涉及的資料量大，計算方法卻比較簡單，大多為邏輯運算，處理結果常以表格形式儲存起來。目前，資料處理廣泛應用于辦公自動化、企業管理、事務管理、情報檢索等領域，小到家政管理，大到國家的計劃管理，都屬于資料處理的範疇。
過程控制
利用計算機實時采集、檢測資料并進行處理後，按最佳值迅速地對控制對象進行控制，進而大大提高控制的實時性、準确性及各應用領域的自動化程度。
計算機輔助系統
計算機輔助系統包括計算機輔助設計CAD（Computer Aided Design）、計算機輔助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）、計算機輔助教學CAI（Computer Assisted Instruction）、計算機輔助教育CBE（Computer Based Education）等。計算機輔助設計是設計人員建立某種模式和程式，使計算機按照人的意圖進行分析和計算，作出判斷和選擇，最後輸出滿意的設計結果或圖紙；計算機輔助教學，即多媒體的教學方式，是将有關課程的教學程式存入計算機中，讓學生通過計算機進行學習。近年來，多媒體技術和網絡技術的發展推動了CBE的發展，網上教學和遠端教學已在許多學校展開。
人工智能
人工智能AI（Artificial Intelligence）一般是指計算機模拟人腦進行演繹推理和作出決策的思維過程。人們将一些定理和推理規則存入計算機中，然後設計程式讓計算機自動尋找解決問題的方法。
計算機網絡
計算機網絡是利用通訊裝置和線路将地理位置不同、功能獨立的多台計算機互聯起來，按照一定的網絡通信協定，實作資訊交換、資源共享和分布式處理。計算機網絡是目前計算機應用的一個重要領域。
電子商務
電子商務是指通過計算機和網絡進行商務活動，如電子銀行、網上交易等。電子商務具有高效率、低支付、高收益和全球性等優點。