电子计算机的发展历程是怎样的？

第一台电子计算机于1946年在美国制成，取名叫恩尼亚克。它是一个由1万8千多个电子管制成的庞然大物，占地面积达140平方米，重量有30多吨，耗电约140千瓦，它的计算速度为每秒5干次。

此后，电子计算机的发展十分迅速，迄今已发展了4代。

第一代电子计算机(1947年-1957年)的主要特征是采用电子管组成的基本逻辑电路，使用机器语言或者汇编语言编制程序。它主要应用于科学计算。

我国电子计算机的研制工作始于1956年，到1958年制造出我国第一台电子管计算机。它的运算速度为每秒两千次。

第二代电子计算机(1957年～1967年)的主要特征是采用晶体管作基本逻辑电路，同时开始使用面向过程的程序设计语言，如ALGOL、FORTRAN、COBOL语言等，第二代电子计算机的运算速度已提高到每秒几十万次至上百万次。它的使用范围也由科学计算扩展到数据处理、自动控制、企业管理等各方面。

我国的第一台晶体管计算机于1967年制成。它的运算速度是每秒5万次。

第三代电子计算机(1965年-1970年)的主要特征是采用中小规模集成电路作基本逻辑电路。所谓集成电路就是将多个晶体管和电阻元件等集中做到一块硅片上，而制成门电路、触发器等具有一定逻辑功能的电路器件。第三代电子计算机的操作系统得到发展与普及。会话语言如BASIC语言、APL语言等被广泛应用。计算速度可达到每秒几百万次甚至上亿次。

我国的第一台集成电路计算机于1970年研制成功。

第四代电子计算机(1970年至今)的主要特征是使用了大规模集成电路。一般把一块硅片上集成100个门电路以上或上千个晶体管元件以上的集成电路叫做大规模集成电路。在这一代，电子计算机的发展趋势是向两端发展，即出现了运算速度超过亿次的巨型计算机和极其灵活的微处理器及以微处理器为核心组装的微型计算机。目前，在普通中小学及家庭中使用的电子计算机就是这种微型电子计算机。

近十多年来，软件系统的飞速发展是这一代计算机的又一明显特征。高级语言、操作系统、数据库、各类应用软件的研究和应用越来越深入、完善，使计算机的应用普及到现代社会的每个领域。

我国于1975年开始研制大规模集成电路。亿次巨型计算机于1983年研制成功。微型计算机在我国的产量成倍增长，并且推出了面向青少年和家庭的中华学习机。

第五代电子计算机目前还在设想和研制阶段。虽然某些国家的一些部门宣称他们研制出了第五代电子计算机，但都没有得到公认。

对第五代电子计算机有如下一些设想。

一些人按照前四代电子计算机的发展规律推断，认为第五代电子计算机将是超大规模集成电路计算机。即由集成度超过万个门或超过10万个元件的集成电路组装的电子计算机。

也有人认为第五代电子计算机将在结构形式的元器件上有一个较大的飞跃，即光计算机。所谓光计算机是用光学元器件取代部分电子元件做成的计算机。目前磁光记录技术得到了迅速的发展，磁光存储器不久将进入实用阶段。

生物计算机的研制工作也取得了很大的进展。目前生物计算机的研制工作正沿着两个不同的方向进行。第一种，是在传统数字式计算技术的轨道上发展起来的，其主攻方向是用某种有机物分子取代半导体元器件，因此这种生物计算机也被称作分子计算机。第二种，是设想计算机的转换开关由蛋白质(酶)来承担，这种生物计算机的运算过程实际上是蛋白质分子与周围环境相互作用的过程。生物计算机在图像识别和“感知”化学物质等方面将可能优于现在的电子计算机。

另外一些专家对第五代电子计算机主要是从功能方面提出了设想。他们认为，第五代电子计算机除了在高速度、大容量方面继续保持发展势头外，在功能方面应从以计算为主过渡到以推理、联想和学习为主，它处理的对象应从以数据为中心过渡到以知识为中心，它的工作方式应对用户更为“友好”，用户可以使用自然语言、图像、声音等各种手段与它打交道。到那个时候“计算机”这个名词就应该改了。第五代电子计算机应该被称为知识信息处理系统。

一、计算机的发展

电子计算机是一种能够自动、高速地进行算术和逻辑运算的电子设备。它是20世纪科学技术发展最伟大的发明创造之一，是人类在第三次工业革命中取得的最辉煌成就。

1世界上第一台电子计算机的诞生

人类在同大自然斗争中，创造并逐步发展了计算工具，早在公元前3000年，中国人就发明了算筹和竹筹计数，唐末创造出算盘，南宋1274年已有算盘和歌诀的记载，算盘是同时具有“算”和“存”的计算工具。1633年，奥芙特德（Oughtred）发明了计算尺。1642年，法国数学家帕斯卡制成第一台齿轮加减法器，是世界最早的用于计算的机器。1671年，德国数学家莱布尼茨发明了可以进行四则运算的机械计算机器。1822年英国数学家查尔斯·巴贝奇设计出差分机，这是世界上第一台真正意义上的机械式计算机。1834年，巴贝奇又设计出分析机，这个由存储数据的“仓库”、数据运算的“工厂”和调度机器运算的“控制桶”构成的设计，已经奠基了计算机的基本结构框架，因此，巴贝奇被称为“计算机之父”。第二次世界大战中，由于新武器研制中的弹道问题涉及许多复杂运算，急需一种能高速、自动计算的机器，因此，在美国陆军部的资助下，由美国宾夕法尼亚大学任教的物理学家约翰·莫齐利和工程师普雷斯伯·埃克特领导下，从1943年开始，经过三年的努力，终于在1946年研制成功世界上第一台电子计算机，取名为ENIAC。ENIAC约占170m2，重约30 t，共使用了17456只电子管，1500个继电器，7000多个电阻，10000多个电容及其他多种电器元件，运行时耗电约150 kW。这样一个庞然大物，仅能存储20个字长10位的十进制数，运算速度也仅为每秒5000次加法运算。尽管如此，ENIAC却开创了人类计算机科学发展的新时代。

为了克服ENIAC的缺点，人们始终没有停顿探索的脚步，许多专家、学者就此发表了研究论文。在普林斯顿大学任教的美国数学家冯·诺依曼发表了题为《电子计算机逻辑结构初探》的报告，提出了程序存储方式，即在计算机中设置存储器，把符号化的计算过程放入其中，执行时依次将存储内容取出并译码，然后按译码结果进行计算，从而实现计算机工作的自动化。冯·诺依曼在研制EDVAC计算机过程中，改进了内存部件，并将计算机内部的十进制编码改为二进制编码。“存储程序”的设想确立为冯氏结构机的设计体系，从此，采用程序存储方式的计算机统称为冯·诺依曼式计算机。

2计算机发展的重要阶段

从第一台电子计算机诞生至今，它走过了50多年的发展历程，开创了人类社会信息发展史的三个新纪元，即计算机发展的三个重要阶段。

（1）计算机发展的初级阶段 这个阶段大约以ENIAC诞生为标志到个人计算机开始普及之前。尽管那时计算机及其相关外围设备的价格十分昂贵，其应用的领域基本局限于军事、科学计算和大型工业企业的数据处理，但却开创了人类开始用机器代替部分脑力劳动的新纪元。

这一阶段，计算机取得了飞速发展，多次更新换代。计算机划代一般是以计算机核心部件采用的逻辑元件的种类为依据的。

第一代（1946—1956），以电子管为主要逻辑元件，运算速度在5000～40000（次/秒）。体积大、能耗高、速度慢、容量小、价格贵，仅限于军事和科学计算的应用。

第二代（1957—1964），以晶体管为主要逻辑元件，并采用了监控程序，运算速度在几十万至上百万（次/秒）。与第一代计算机相比，体积小、成本低、速度快、功能强、可靠性高，应用领域扩展到工程设计、数据处理和事务管理等方面。

第三代（1965—1970），以中、小规模集成电路为主要逻辑元件，运算速度在百万至几百万（次/秒）。这一代计算机以1964年4月IBM公司推出IBM360计算机为标志，具备了通用化、系列化、标准化的特点。

第四代（1971—20世纪80年代初），以大、超大规模集成电路为主要逻辑元件，运算速度在几百万至几亿（次/秒）。采用了集成度更高的半导体存储器作为主存储器，发展了并行处理技术、分布式系统和计算机网络。在软件方面，发展了分布式操作系统、数据库系统、高级语言及软件工程标准化等，并逐渐形成软件产业。

（2）计算机广泛普及应用阶段 微型计算机的开发应该是在20世纪70年代中期，1975年，美国MITS公司利用Intel8080处理器开发了Altair8800微电脑，得到电子爱好者的推崇，推动了个人计算机软硬件的发展。1976年，美国苹果公司推出Apple个人计算机并得到极大发展。1980年，IBM公司涉足个人计算机领域，为与苹果公司竞争市场，将PC计算机的结构框架公诸于世，并与比尔·盖茨的微软公司合作推出PC-DOS操作系统，使众多廉价的兼容机问世。微型机以DOS为操作系统，以其低廉的价格使之迅速普及并得到广泛应用。从此，计算机不再为少数专业人员所拥有和使用，计算机的发展走向了普及化的新纪元，并为向计算机文化阶段发展奠定了基础。

（3）计算机文化阶段 计算机文化阶段是计算机普及应用到一定程度才出现的。计算机硬件功能不断提高，价格更加低廉；信息压缩与全数字化带来了丰富多彩的多媒体技术；以多媒体技术为基础的虚拟现实技术、3S（GIS，GPS，RS）技术实现的电子地图系统、卫星遥感定位跟踪监控系统等提高了人类认识世界的能力，造福于人类；无处不在的Internet拉近了世界各国的距离，依靠计算机网络技术实现的远程教育、远程医疗诊断系统、数字化图书馆、数字化智能小区已经向我们走来；无线接入技术（蓝牙技术、WAP）实现了手机上网、无线局域网（WLAN）；电脑卡已由早期的光电卡、条码卡、磁卡发展到今天的IC卡、射频卡，带给人们便捷。这一切不断拓展了计算机的应用空间，计算机已经成为一种个人的信息机器，改变着人们的生活。当计算机的应用覆盖到人们社会生活的各个方面时，必然导致人们在思维方式、行为方式、生活方式等方面产生重大变革，这种因具有人脑部分功能的计算机的普遍使用带来的文化变迁形成了计算机文化。从20世纪90年代初开始，多媒体计算机和因特网“信息高速公路”的诞生标志着计算机的发展进入了崭新的阶段，开创了最大限度实现资源共享的新纪元。

3我国计算机的发展概况

新中国诞生为我国科学技术的发展，也为计算机技术的发展开辟了广阔的发展道路。

1952年，在清华大学成立了以电机系教授闵大可为组长的中国第一个计算机三人研究小组，1954年，小组经扩充和调整，并入以物理学家钱三强为领导的中国科学院近代物理研究所，开始了我国计算机研究的起步。1956年，国家制定科学技术12年远景规划时，把计算机技术列为四大技术之首，成立了计算机技术工作小组，开始进行实质性研发。1958年，我国研制成功第一台电子管计算机（103机）；1959年，研制成功每秒1万次的大型通用电子计算机（104机），从而填补了我国计算机技术领域的空白。华罗庚教授是我国计算机技术的奠基人和我国第一台电子计算机的主要创始人之一。1960年，我国第一台自行设计的通用电子计算机（107机）研制成功并投入运行。1964年，我国开始推出第二代晶体管计算机，如“108”机、“109”机等。1971年，我国研制成功第三代集成电路计算机“150机”，到1973年形成了DJS-100系列国产机。1974～1982年实现了从小规模集成电路计算机到大规模集成电路计算机跨越。1983年，我国研制成功每秒向量运算1000万次的757大型向量计算机。

巨型机是一个国家科学技术水平的标志。从20世纪80年代初开始，我国开始进行巨型机的研制。1983年，向量运算亿次的巨型电子计算机“银河”诞生；1992年，10亿次的“银河”Ⅱ号投入使用；1996年，投入运行的“银河”Ⅲ号机速度为每秒百亿次。1995年曙光1000研制成功，1998年“曙光”2000-I诞生，其峰值运算速度达每秒200亿次浮点运算，打破了国外在大规模并行机技术方面的封锁和垄断；1999年“曙光”2000Ⅱ问世，其峰值运算速度达每秒1117亿次浮点运算，内存高达50GB，成为国家863计划的重大成果。1999年“神威”并行计算机研制成功，其峰值运算速度高达每秒3840亿次浮点运算。“银河”、“曙光”、“神威”计算机的研制成功标志着我国成为世界上具备独立研制高性能计算机能力的少数国家之一。

微型机是一个国家科学技术普及应用水平的标志。20世纪90年代以来，我国在微机方面也取得迅速发展。2001年10月13日，我国第一款通用CPU芯片——“龙芯”诞生，使我国成为能够研究制造计算机芯片的少数国家之一。

在计算机应用领域，我国也取得了辉煌的成就。北京大学王选教授的激光照排技术开创了出版印刷的新时代，这一发明获得了欧洲专利和8项中国专利。王选率领他的团队推出了处于国内外领先地位的“华光”、“方正”电子出版系统，取得了重大的经济和社会效益，使我国的印刷业告别了“铅与火”的历史，进入了“电与光”的时代，王选也被誉为“激光照排之父”。多种汉字键盘输入方法以及汉字扫描输入、手写输入和语音识别输入软件使汉字可以轻松地进入计算机；众多国产多媒体软件的开发，推动了计算机的普及应用；国家“信息高速公路”建设取得突出进展，“金”字工程，如“三金”工程包括国家公用信息网（金桥）、外贸企业间信息系统（金关）、金融业电子货币（金卡）的完成，加快了社会信息化进程。据2002年7月23日CNNIC公布，平均每周至少上网1小时的中国公民人数已超过4580万，排世界第三位。

4计算机的发展趋势

计算机已经实现了从“数字计算”到“信息处理”的转变。目前，电子计算机的发展趋势，可以概括为“巨型”、“微型”、“网络”、“智能”四个方面。虽然目前我们还不能对未来计算机的发展提出十分确切的时间表，但其发展趋势已经很明朗，即发展高性能计算和提高计算性能。

发展高性能计算可以有两条途径，一是基于现有的半导体集成电路技术和微处理机技术，通过提高并行处理能力来实现；二是突破硅半导体器件的物理限制，发展非传统的新技术，包括超导计算、量子计算、生物计算与光计算等。

提高计算性能也可以有两条途径，一是硬件方面，即研制超高性能器件或部件，如量子器件、超导芯片、光互连和光存储部件、生物分子部件等；二是计算模型和算法设计方面，从根本上突破冯·诺依曼计算机和电子技术的局限，如量子计算和DNA计算模型，都为求解复杂问题开辟了崭新的思路。

5计算机科学的研究领域

计算机科学注重理论和抽象，计算机工程注重抽象和设计，实际上两者之间本质上没有区别。从研究的范畴，统称为计算机学科。目前，研究所涉及的领域十分广泛，包括：计算机系统结构、程序设计科学与方法论、软件工程理论、人工智能与知识处理、网络和数据库、计算机辅助技术、理论计算机科学和计算机科学史的研究等。计算机科学与技术对人类社会的影响，超过数学作为基本文化基础给人类文化带来的影响和物理学对近代工业革命产生的人类文明带来的影响。可以预见，计算机的发展必然给人类社会带来更加美好的未来。

二、计算机的分类

计算机种类繁多，可以按处理数据的形态、使用范围、规模和功能等不同角度分类。

1按处理数据的形态分类

（1）数字计算机 数字计算机以二进制数据0和1作为处理对象，是不连续的数字量，处理结果也是以数字形式输出。优点是精度高、存储量大、通用性强。我们通常使用的计算机大多是数字计算机。

（2）模拟计算机 模拟计算机以连续的数据作为处理对象，是以电信号幅值来模拟数值或物理量的大小，如电压、电流、温度等，处理结果也是以连续的数据输出。模拟计算机解题速度快，但不如数字计算机精度高、且通用性差。模拟计算机通常以绘图或量表形式输出结果。

（3）混合计算机 混合计算机是集数字计算机模拟计算机功能优点为一身的计算机。

2按使用范围分类

（1）通用计算机

（2）专用计算机

3按规模和功能分类

（1）超级计算机（Supercomputer）

（2）大型计算机（Mainframe）

（3）小型计算机（Minicomputer）

（4）微型计算机（Microcomputer）

三、计算机的特点

（1）运算速度快

（2）计算精度高

（3）存储容量大

（4）自动化程度高

（5）逻辑判断能力强

（6）具有广泛的通用性

四、计算机的主要用途

计算机的用途大概可以归纳为以下几个方面：

（1）数值计算 在科学研究、技术开发、工程设计等进行的科学计算。

（2）数据处理 实现对数值、文字、图表等信息数据及时地加以记录、整理、检索、分类、统计、综合和传递。适用于事务处理、办公自动化、电子数据交换、信息管理、决策支持中的数据处理。

（3）过程控制 包括工业自动监测、自动控制、智能控制等实时控制。

（4）计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）包括计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助教学（CAI）等，可提高设计质量和自动化程度，缩短设计周期、降低生产成本。

（5）人工智能（AI-Artificial Intelligence）用于复杂系统的模拟仿真，实现自然语言理解与生成、定理机器证明、自动程序设计、自动翻译、图像识别、声音识别、疾病诊断，以及各种专家系统和机器人构造等。近年来人工智能的研究开始走向实用化，成为计算机应用研究的前沿学科。

（6）计算机网络及网络通信 提供地区间、国际间的通信与各种数据的传递与处理，实现软件、硬件信息资源共享。

（7）多媒体技术 实现集声、文、图、像一体化，更接近人类习惯的信息交流方式，广泛应用于文化、教育、娱乐、家庭应用等领域。

（1）信息技术为生物技术的发展提供强有力的计算工具。在现代生物技术发展过程中，计算机与高性能的计算技术发挥了巨大的推动作用。在赛莱拉基因研究公司、英国Sanger

中心、美国怀特海德研究院、美国国家卫生研究院和中国科学院遗传所人类基因组中心联合绘制的人类基因组草图的发布中，美国多家研究机构特别强调正是信息技术厂商提供的高性能计算技术使这一切成为可能。同样，在被称为“生命科学阿波罗登月计划”的人类基因草图的诞生过程中，康柏公司的Alpha服务器也为研究人员提供了出色的计算动力。业界分析人士称，在这场激烈的基因解码竞赛背后隐含的是一场超级计算能力的竞赛，同时，这次竞赛有助于大众对超级计算机的超强能力形成普遍认知。在此之前，这些造价至少在数百万美元以上可以超高速运转的机器一直默默无闻，他们被用于控制核反应堆、预报天气或是与世界级国际象棋大师同台对弈。如今，人们越来越清醒地认识到，超级计算机在创造新品种的药物、治愈疾病以及最终使我们能够修复人类基因缺陷等方面是至关重要的，高性能计算可以为人类作出更大的贡献。

赛莱拉公司执行总裁在接受《今日美国》的采访时说:“将人类基因密码以线型方式组合起来，这还是人类有史以来的第一次。”赛莱拉公司要将32亿个碱基对按照正确顺序加以排列，在曾经尝试过的大规模计算中，这次挑战是最为严峻的一次。为了完成这次历史性课题所需的数量极为庞大的数据处理工作，赛莱拉公司动用了700台互联的Alpha64位处理器，运算能力达到每秒13万亿次浮点运算。同时，赛莱拉公司还采用了康柏的Storage Works系统，用以完成对一个空间为50TB且以每年IOTB速度增长的数据库管理工作康柏电脑公司董事会主席曾在一次演讲上说道:“如今，我们很难将生物技术的进步与高性能计算领域的发展割裂开来。实际上，许多一流的科学家都相信，高性能计算是生物和医药的未来。今后，越来越多的具有强大功能的计算机和软件将会被用来搜集、存储、分析、模拟和发布信息。

信息技术还有助于加强生物技术领域的各种数据库管理、信息传递、检索和资源共享等。另一个仅次于基因排序器、在生物技术领域引起关注的硬件是基因芯片，它的研制也非常依赖于信息技术。在显微镜载片或硅片等基片上把基因片段排列、固定，这就是基因芯片。把这个芯片上的基因片段和检体的基因片段放到基因芯片读出器（也是一种破译装置）上，就能迅速比较和破译检体信息。 基因排序器是从零入手破译检体的遗传信息的装置，而基因芯片和其读出器则是与已经有的遗传信息相对照破译信息的装置。 在这个领域，美国的企业比较有名，但日本企业也在同美国企业合作的同时，积极参与这个领域的开发。

（2）生物技术发展需要特定软件技术的支持。生物技术及其产业的发展对于生物技术类软件的需求将进一步增加，软件技术将成为支撑生物技术及其产业发展的关键力量之一。在生物技术各领域中均需要相应的专业软件来支撑：1) 各类生物技术数据库的构建需要性能优良、更新换代迅速的软件技术；2) 核酸低级结构分析、引物设计、质粒绘图、序列分析、蛋白质低级结构分析、生化反应模拟等等也需要相应的软件及其技术支撑；3) 加强生物安全管理与生物信息安全管理也离不开软件及其技术发展的支持。

2生物技术为信息技术发展开辟了新的道路

（1）生物技术推动超级计算机产业的发展。随着人类基因组计划各项任务的完成，有关核酸、蛋白质的序列和结构数据呈指数增长。面对如此巨大而复杂的数据，只有运用计算机进行数据管理、控制误差、加速分析过程，使得人类最终能够从中受益。然而要完成这些过程，并非一般的计算机力所能及，而需要具有超级计算能力的计算机。因此，生物技术的发展将对信息技术提出更高的需求，从而推动信息产业的发展。比较有说服力的例子是，2002年11月22日出版的《自然》杂志上，以色列科学家宣布研制出一种由DNA分子和酶分子构成的微型“生物计算机”，一万亿个这样的计算机仅一滴水那样大，运算速度达到每秒10亿次，准确率为998%。当然像所有的新技术一样，有的科学家表示怀疑。他们认为，这种试管里的计算机存在致命的缺陷，因为生化反应本身存在一定的随机性，这种运算的结果可能不完全精确；而且，参与运算的DNA分子之间不能像传统计算机一样通信，只能“各自为战”，不足以处理一些大型计算。

欧美各国及日本相继成立了生物信息数据中心，美国有国家生物技术信息中心(NCBI)、英国有欧洲生物信息研究所(ebi)、日本有70余家制药、生物及高技术公司组成的“生物产业信息化共同体”等。而戈德曼-萨克斯财团2001年的一份报告显示，美国国际商用机器公司(IBM)、SUN、康伯和摩托罗拉等公司每家已至少与生物技术公司和调研公司达成12项合作意向，共有140多项合作协议，合作内容涉及到各种技术领域，包括基因芯片，用计算机模拟药效等。

（2）生物技术将从根本上突破计算机的物理极限。目前使用的计算机是以硅芯片为基础，由于受到物理空间的限制、面临耗能和散热等问题，将不可避免地遭遇发展极限，要取得大的突破，需要依赖于新材料的革新。2000年美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的科学家根据生物大分子在不同状态下可产生有和无信息的特性，研制出分子开关（molecular switches）。2001年世界首台可自动运行的DNA计算机问世，并被评为当年世界十大科技进展。2002年，DNA计算机研究领域的先驱阿德勒曼教授利用简单的DNA计算机，在实验中为一个有24个变量、100万种可能结果的数学难题找到了答案，DNA计算机的研制迈出了重要一步。

信息产业和生物产业无疑都是高科技的产物，在生命科学的研究中，始终不能缺少计算机的工作，如果到基因组测序的研究所去看一看，大量的以超级计算机为基础的测序仪，会使你误以为到了一家信息技术公司。生物产业因计算机的加盟而提速，信息技术产业也因生命科学的需要而得以发展、获利。运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量基因组研究获得数据中所包含的生物学意义，生物学和信息学交叉、结合，从而形成了一个新的学科。生物信息学或信息生物学，它的进步所带来的效益是不可估量的。美国已经出现了大批基于生物信息学的公司，希冀在基因工程药物、生物芯片、代谢工程等领域掘出财富，生物信息学工业潜力巨大。可以说，生物科技(生物技术)与信息科技(信息技术)的融合，才是世界经济市场的未来。在深圳举行的第三届中国国际高新技术成果交易会高新技术论坛上，中国工程院副院长侯云德院士指出，应该把生物技术产业定位为仅次于信息产业的重点产业。他说，信息和生物技术是关系到我国新世纪经济发展和国家命运的关键技术，并将成为我国创新产业的经济增长点。

超级计算机(chao ji ji suan ji)：能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑。其基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异，但规格与性能则强大许多，是一种超大型电子计算机。具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒一太(Trillion,万亿)次以上。超级计算机可以用于：

1气候预测：借助超级计算机预测气候变化，从而减轻气候变化给人类带来的破坏。

2交通业：超级计算机可用来认识和改进汽车、飞机或轮船等交通工具的空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性，并帮助提高乘坐者舒适度、减少噪音等，所有这些都具有潜在的经济和安全收益。

3生物信息学和计算生物学：生物学已经显示出巨大的计算需求，超级计算机将帮助寻找疾病治疗的革命性方法。

4社会健康与安全：比如，污染、灾难规划以及针对本地和国家基础设施进行的恐怖主义活动等。

5地震：对地震的模拟能帮助人类探索地震预测方法，从而减轻与地震相关的风险。

6地球物理探测和地球科学：比如石油的勘测问题，这类问题具有潜在和巨大的经济效益。

7天体物理学：模拟时间进程并加速这种模拟的进程，从而对天体的演变进行建模和理论试验。

8材料科学与计算纳米技术：对物质和能量的模拟是计算密集型的。

9人类／组织系统研究：比如对大量人口的行为进行模拟。

10模拟核试验：借助于超级计算机的强大而且快速的运算能力，在实验室实施的亚临界核试验，与真正核试爆的效果是相同的。

换一根能正常上网的网线,用以排除网线的问题。

换一个端口,来检查你使用的端口是否有问题;

卸载你的客户端,重新安装,并安装到另外一个硬盘分区中,如原来装在c盘中的,可以换到D盘中

计算机俗称电脑，是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。

可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机、神经网络计算机。蛋白质计算机等。

当今计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次，微机也可达每秒几亿次以上，使大量复杂的科学计算问题得以解决。例如：卫星轨道的计算、大型水坝的计算、24小时天气预报的计算等，过去人工计算需要几年、几十年，而现在用计算机只需几天甚至几分钟就可完成。

科学技术的发展特别是尖端科学技术的发展，需要高度精确的计算。计算机控制的导弹之所以能准确地击中预定的目标，是与计算机的精确计算分不开的。一般计算机可以有十几位甚至几十位（二进制）有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几，是任何计算工具所望尘莫及的。

随着计算机存储容量的不断增大，可存储记忆的信息越来越多。计算机不仅能进行计算，而且能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来，以供用户随时调用；还可以对各种信息（如视频、语言、文字、图形、图像、音乐等）通过编码技术进行算术运算和逻辑运算，甚至进行推理和证明。

计算机内部操作是根据人们事先编好的程序自动控制进行的。用户根据解题需要，事先设计好运行步骤与程序，计算机十分严格地按程序规定的步骤操作，整个过程不需人工干预，自动执行，已达到用户的预期结果。

超级计算机（supercomputers）通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。

超级计算机拥有最强的并行计算能力，主要用于科学计算。在气象、军事、能源、航天、探矿等领域承担大规模、高速度的计算任务。

在结构上，虽然超级计算机和服务器都可能是多处理器系统，二者并无实质区别，但是现代超级计算机较多采用集群系统，更注重浮点运算的性能，可看着是一种专注于科学计算的高性能服务器，而且价格非常昂贵。

一般的超级计算器耗电量相当大，一秒钟电费就要上千，超级计算器的CPU至少50核也就是说是家用电脑的10倍左右，处理速度也是相当的快，但是这种CPU是无法购买的，而且价格要上千万。

　　第一章计算机及信息技术概述(了解)

　1、计算机发展历史上的重要人物和思想

　1、法国物理学家帕斯卡(1623-1662)：在1642 年发明了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成，靠发条驱动，用专用

　的铁笔来拨动转轮以输入数字。

　2、德国数学家莱布尼茨：在1673 年发明了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一系列齿轮组

　成，但它能够连续重复地做加减法，从而实现了乘除运算。

　3、英国数学家巴贝奇：1822 年，在历经10 年努力终于发明了“差分机”。它有3 个齿轮式寄存器，可以保存3 个5 位

　数字，计算精度可以达到6 位小数。巴贝奇是现代计算机设计思想的奠基人。

　英国科学家阿兰图灵(理论计算机的奠基人)

　图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序”的基本思想。半个世纪以来，数学

　家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。

　美籍匈牙利数学家冯诺依曼(计算机鼻祖)

　计算机应由运算器、控制器、存储器、

　输入设备和输出设备五大部件组成;

　应采用二进制简化机器的电路设计;

　采用“存储程序”技术,以便计算机能保存和自动依次执行指令。

　七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯诺依曼计算机”。

　2、电子计算机的发展历程

　1、1946 年2 月由宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC 是世界上第一台电子数字计算机。“诞生了一个电子的大脑” 致

　命缺陷：没有存储程序。

　2、电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代：电子管、晶体管、集成电路、大规模及超大规模集成电路

　3、计算机的类型

　按计算机用途分类：通用计算机和专用计算机

　按计算机规模分类：巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、嵌入式计算机

　按计算机处理的数据分类：数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机

　114 计算机的特点及应用领域

　计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。(含

　义)

　1、运算速度快

　2、计算精度高

　3、存储容量大

　4、具有逻辑判断能力

　5、按照程序自动运行

　应用领域：科学计算、数据处理、过程与实时控制、人工智能、计算机辅助设计与制造、远程通讯与网络应用、多媒

　体与虚拟现实

　115 计算机发展趋势：巨型化、微型化、网络化、智能化

　1、光计算机2、生物计算机3、量子计算机

　12 计算机系统构成

　 一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两大部分组成

　 硬件系统是指能够收集、加工、处理数据以及输出数据所需的设备实体，是看得见、摸得着的部件总和。

　 软件系统是指为了充分发挥硬件系统性能和方便人们使用硬件系统，以及解决各类应用问题而设计的程序、数据、

　文档总和，它们在计算机中体现为一些触摸不到的二进制状态，存储在内存、磁盘、闪存盘、光盘等硬件设备上。

　131 信息技术概念

　信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。

　数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。

　4 次信息革命：文字、造纸和印刷术、电报电话广播电视、计算机与网络

　现代信息技术：计算机技术+微电子技术+通信技术

　131 信息技术产业与人才

　信息产业是信息社会的支柱，主要包括：计算机硬件制造业、计算机软件业、信息服务业以及国民经济中传统行业的

　信息化

　信息产业属资本密集型、知识密集型、人才密集型的`产业。

　信息技术教育包括：

　 对信息科学的理解

　 对信息应用的实践能力

　 对信息社会的认识和态度

　第二章计算机信息基础

　211 数制的概念

　数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。

　常用数制十进制二进制八进制十六进制

　数字符号0～9 0，1 0～7 0～9,A,B,C,D,E,F

　基数10 2 8 16

　基数：R 进制的基数=R

　位权：在数制中，各位数字所表示值的大小不仅与该数字本身的大小有关，还与该数字所在的位置有关，我们称这关

　系为数的位权。

　位权：一个与数字位置有关的常数，位权=Rn

　213 二进制和其它进制的转换

　十进制转二进制：整数部分除以2 取余，直至商为0;小数部分乘以2 取整，直至小数部分为0 或达到所需精度为止。

　十进制转八进制：方法同上。整数部分除以8，小数部分乘以8。

　十进制转十六进制：方法同上。整数部分除以16，小数部分乘以16。

　22 计算机中的数据单位

　位(bit)：计算机存储数据的最小单元(0、1)

　字节(Byte)：处理数据的基本单位(8bit/Byte)

　常用的字节计数单位：

　1KB=1024 Byte (210B) 1MB=1024 KB (220B)

　1GB=1024 MB (230B) 1TB=1024 GB (240B)

　字长：CPU 一次处理数据的二进制位数。

　23 信息表示与编码

　所谓编码，就是利用数字串来标识所处理对象的不同个体。

　231 整数的表示

　在数学中，数值是用“+”和“-”表示正数和负数的，而在计算机中只有0 和1，所以正负号也用0 和1 表示，即数

　值符号数字化。

　补码的概念是怎么来的

　“模”是指一个系统所能表示的数据个数。按模运算是指运算结果超过模时，模(或模的整数倍)将溢出而只剩

　下余数。

　假设M 为模，若数a，b 满足a+b=M，则称a，b 互为补数。

　在有模运算中，减去一个数等于加上这个数对模的补数。

　232 实数的表示

　定点数：小数点位置固定的数称为定点数。

　浮点数：小数点位置不固定的数称为浮点数

　与汉字有关的编码：

　(1)、输入码

　(2) 国标码和区位码：每个汉字占两个字节的编码，且每个字节最高位均为0。所有汉字分94 个区，每个区94 个汉

　字。由此构成区位码。而区位码的区码和位码各加32 就得到国标码。

　(3)机内码

　(4)字型码：汉字存储在计算机内采用机内码，但输出时必须转换成字形码，再根据字形码输出汉字。字形码又称汉

　字字模，用于在显示器或打印机上输出各种文字和符号。点阵汉字：每一个汉字以点阵形式存储，有点的地方为“1”，

　空白的地方为“0”。有16×16、24×24、48×48 点阵等。点阵越大，字形分辨率越好，字形也越美观，但汉字存储的

　字节数就多，字库也就越庞大。

　236 多媒体信息的数字化

　数字化就是对模拟世界的一种量化，表示信息的最小单位是位(bit)——“0”或“1”。多媒体信息在计算机中也要转换为0

　和1，因此也需要进行编码。

　第三章计算机硬件体系结构

　31 计算机系统的构成

　一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成。

　硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。其中：

　中央处理器(简称CPU)=运算器+控制器

　主机=中央处理器+主存储器

　软件是指各类程序和数据，计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。

　312 冯诺依曼型计算机的结构

　冯诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器中，在执行时将程序和数据先从外存装入内存中，然后使计算

　机在工作时自动地从内存中取出指令并加以执行，这就是存储程序概念的基本原理。

　冯诺依曼计算机体系结构的主要特点是：

　(1) 采用二进制形式表示程序和数据。

　(2) 计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

　(3) 程序和数据以二进制形式存放在存储器中。

　(4) 控制器根据存放在存储器中的指令(程序) 工作。

　313 微型计算机的诞生与发展

　微型机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算机。微机的核心部件是CPU

　32 微型计算机主机结构

　微型机基本是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有CPU、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。

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学会Linux的基础操作，譬如常见的ls，grep，less，ark等即可。当然最开始接触Linux的时候会各种不习惯，比较好的学习手段是把自己的笔记本装成Linux，大多数人喜欢mate界面的fedora。然后在Linux里听歌看**，如果写文档就用虚拟机或者bps。这么用个1-2个月就比较舒服了。学一门编程语言，会简单的文本处理。现在知乎上首推python，据说语法清晰入门简单。认认真真看个1个月加练习，基本上普通的文本处理就没什么问题了。本条目可以和第一条一起用，在Linux下用python有加乘效果。如果想稍微进阶一下，需要学习和了解常见的数据结构，譬如什么是二叉树，什么是哈希表，什么是链表，哈希碰撞是怎么产生的，链表相对数组有哪些性能优劣等等。这些基础数据结构大概花费几天即可掌握，不需要深入。如果在处理文本时能使用恰当的数据结构，则会事半功倍。那么如果能花1-2个月把上述问题都搞明白了，顺便做个简单的项目，譬如写个fastOz的过滤脚本，那么后面的进度就很简单了。目前主流二代测序的数据分析本质来说也就是用些开源软件倒腾下然后网上找公开数据库折腾。并没有多高的技术壁垒。反而是对生物学意义的理解更为重要。最后，编写代码方面，需要一些技能是光上一点基础课学不来的，必须在战争中学习战争。比如说会写了python或者C，java，但是还是需要一些高级技术以及技术细节。之前在做测序数据分析的时候要求写成并行的程序，这样服务器跑起来快，免得结果等好几天。如此种种还有很多，解决程序运行中出现的形形色色的幺蛾子需要扎实的经验积累。