PC(英文名:personal 計算機,中文名:個人電腦,別名:微型計算機、個人計算機)是面向個人用戶的計算機,是通用計算機的一種類型。
1946年2月15日,人類第一臺電子計算機在美國誕生。集成電路和微處理器的出現使電路存儲器趨于小型化,兩者集成在一塊小小的芯片上,為PC機的形成提供了基礎。1976年,蘋果公司微型計算機出世,它開始了個人電腦的歷史。1981年IBM PC的發布,是計算機發展史上的重要里程碑,標志著PC開始進入計算機的主流行列。20世紀80年代中后期,桌面印刷軟件開始加入到提升生產力的工具行列中,第一款用于IBM PC和兼容機的多媒體套件,是PC進入多媒體時代的一個標志。1993年,英特爾的第五代處理器發布,其性能足以處理生活中的數據,如視頻、聲音、文字、圖形。1994年,瀏覽器成為主流應用,PC成為首要的網絡訪問設備。2001年1月,Intel提出“擴展PC”一詞并把PC定位為數字世界的基礎;同年,PC的銷量自IBM PC問世以來首次出現下滑。但2003年,PC銷量再次增長,整個業界重回正軌。進入21世紀,PC的形態已不僅僅是臺式機了,它正在以筆記本電腦、平板電腦、智能手機、智能手表等形式呈現。
PC是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的,硬件包括微處理器、存儲子系統、總線、電源、主板、內存、外存等。軟件系統具體為操作系統、驅動程序及應用程序三種。臺式機、筆記本電腦、平板電腦等都屬于個人計算機的范疇。
歷史沿革
背景
1946年2月15日,人類第一臺電子計算機——電子數字積分計算機(ENIAC Electronic Numerical And Calculator)在美國誕生。1958年,IBM研制出第一臺全部使用晶體管的計算機。1964年4月,美國IBM公司研制成功第一個采用集成電路的計算機系列IBM360,成為計算機發展的第三個里程碑。集成電路和微處理器的出現使電路存儲器趨于小型化,體積更加縮小。兩者集成在一塊小小的芯片上,就構成PC機。
發展歷程
1976年,蘋果公司微型計算機出世,它開始了個人電腦的歷史。1981年IBM PC的發布,是計算機發展史上的重要里程碑,標志著PC開始進入計算機主流。隨著PC的發展,它逐漸成為人們工作、溝通、學習、娛樂等許多活動的基本組成部分,并且成就了一個生機勃勃的產業。第一款商用PC是1981年的IBM PC,它采用主頻為4.77MHz的英特爾8088微處理器,單色顯示器,容量為160KB的5.25英寸軟盤驅動器,64KB內存(RAM,可擴展到256KB),沒有硬盤;其軟件界面都是純文本的,包括PC-DOS、微軟BASIC、VisiCalc、UCSDPascal、CP/M-86、Easywriter1.0等;能發出的唯一的聲音是系統內小揚聲器發出的蜂鳴聲。1981年的PC沒有鼠標、圖標或菜單來啟動軟件。用戶不是通過圖形用戶界面,而是必須輸入相應的DOS命令來啟動程序,并使用鍵盤命令來執行功能。
雖然PC在20世紀80年代初已變得越來越成熟,但應用程序的種類基本上沒有什么改變。然而,在20世紀80年代中后期,桌面印刷軟件開始加入到提升生產力的工具之列。英特爾80386處理器提供的可運行更先進的操作系統的能力,使得業界順利地過渡到微軟的視窗系統。1983年問世的消費級光學機械式鼠標、1984年問世的蘋果麥金塔(麥金塔)系統以及1985年問世的微軟Windows操作系統,由于可以用直觀的用戶交互方式取代艱澀的鍵盤命令,因此很快得到了大家的擁護。創新實驗室(CreativeLabs)在1991年發布的第一款用于IBM PC和兼容機的多媒體套件,是PC進入多媒體時代的一個標志。英特爾的第五代處理器,即Pentium處理器充當了多媒體革命的引擎。它發布于1993年,其強大的性能足以處理生活中的數據,如視頻、聲音、文字、圖形和圖形等。互聯網時代隨著多媒體革命接踵而來,其標志是1994年瀏覽器成為主流應用。由于具有增強的生產性功能和多媒體屬性,因此PC成為首要的網絡訪問設備,這進一步促進了PC的普及。Intel在2001年1月提出“擴展PC”一詞并把PC定位為數字世界的基礎。2001年,PC的銷量自IBM PC問世以來首次出現下滑。但是到2003年,銷量再次增長,整個業界重回正軌。諸如平板顯示器這樣的創新再次使大家對PC產生了興趣;同時,電子商務的增長、音樂下載以及其他互聯網應用,也都刺激了對高性能PC的需求。
2003年,英特爾發布迅馳移動技術平臺,迅馳移動技術結合了無線互聯網功能和專門為移動計算所設計的微處理器,引發了PC從臺式機向筆記本電腦的轉移。采用迅馳移動技術的產品,其銷售速度超過了奔騰處理器問世以來的任何一種Intel產品。進入21世紀,PC的形態已不僅僅是臺式機了,它正在以筆記本電腦、平板電腦、智能手機、智能手表等多種形式呈現,已真正走入人們的日常生活和工作中,成為不可缺少的工具。無論是個人持有還是工作與商業機構擁有,PC已與每個人息息相關。
基本組成
PC是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的。
硬件系統
PC系統的硬件包括微處理器、存儲子系統、輸入/輸出(I/O)子系統、總線等幾大功能部件,是微型計算機系統的物理實體部分,是建立在指令集體系結構之上的復雜電子設備。所有硬件部件的設計與實現,都是圍繞著如何高效實現所需功能和如何快速執行各種軟件(即程序指令)而展開的。
微處理器
微處理器是由一片或少數幾片集成電路(IC)組成的具有計算機中央處理單元功能的計算機處理器,一般由算術邏輯單元(ALU)、累加器和通用寄存器組、時序和控制部件及內部總線等組成。
微處理器與傳統的中央處理器相比,具有體積小、重量輕和易于模塊化等優點。用作處理通用數據時,叫作中央處理器(CPU),如英特爾 Pentium CPU;用作處理圖像數據時,叫作圖形處理器(GPU),如英偉達 GeForce 9X0 GPU;用作處理音頻數據時,叫作音頻處理單元(APU),如Creative emu10k1 APU等。
從宏觀角度來看,微處理器功能仍然可以認為是運算、存儲和控制,但隨著計算機技術和芯片制程技術的不斷發展,微處理器的結構日益復雜,功能日益強大。今天的微處理器不僅是多核的(核內采用超標量、流水線結構(參見2.2節)),而且針對各種應用場景,還引入了諸多新技術;它能對多線程進行并行處理,能對數值、文字、圖形、圖像、視頻等各種信息進行所需的處理;它能完成語言理解、視覺感知、智能推理等諸多人類復雜情感和行為的處理。總體而言,微處理器的功能和性能決定了微型計算機系統的功能和性能,它是整個微機系統的核心。
存儲系統
存儲子系統簡稱存儲系統,由存儲控制器(MemoryController,MC)和各類存儲器組成,其中的主存儲器(即主存)是微機系統中不可缺少的重要功能部件。到目前為止,所有的商用電子計算機都是依據約翰·馮·諾依曼計算機的原理,即存儲程序控制原理來工作的。依據這一原理,程序和數據必須放在存儲器中,控制器首先從存儲器中獲得指令,然后對其譯碼(即解碼)、執行。
早期微型計算機系統的存儲系統中只有寄存器和主存。但隨著微處理器性能的快速提升,主存芯片的速度與微處理器芯片的速度差距越來越大,加上大容量主存成本的限制等原因,“寄存器-緩存主存-聯機外存-脫機外存”這樣的存儲體系逐漸形成(其中由主存+聯機外存+輔助硬件+系統軟件構成了虛擬存儲器),這就是現代微機中的存儲系統。這種多層結構的存儲系統,在速度上接近Cache的速度,容量上可以達到海量,價格可以使用戶接受,但管理也相對復雜。MC負責CPU核對主存的直接訪問,存儲管理單元(MMU)配合操作系統負責對虛擬存儲器進行管理,外存則由I/O控制器參與對其進行讀寫。
現在高性能的微處理器中已集成了1~3級(緩存)(即L1~L3)Cache,其中L1、L2Cache在CPU內核中,L1Cache分為指令Cache(I-Cache)和數據Cache(D-Cache),L2Cache為指令和數據混合存儲。這樣,可以使CPU內核訪問主存的速度更快。
內存儲器
計算機把需要立即處理的數據調到內存儲器中,直接與CPU交換信息。內存儲器是計算機中最主要的部件之一,計算機的運行能力和運行效率在很大程度上和機器的內存有關。
衡量內存儲器的指標主要是內存儲器的容量和存取速度。衡量內存大小的單位一般是MB(兆字節,1兆字節=1024千字節=10242字節)。存取速度以存取周期來衡量,存取周期指存儲器進行兩次獨立的操作(讀或寫)之間所需的最短時間,單位為ns(毫微秒)。一般來說內存容量越大,存取速度越快,其存儲能力就越強,計算機的性能就越好。
外存儲器
計算機用外存儲器來長期保存數據信息,速度較慢,CPU不可直接訪問,使用時必須調入內存,外存都需要配置專用的驅動設備才能完成訪問功能。目前常用的外存儲器有硬盤存儲器、光盤存儲器和USB閃存存儲器。
(1)硬盤(Hard Disk)
(2)光盤(CD-ROM/DVD-ROM)
(3)USB閃存存儲器(FlashDisk)
輸入/輸出子系統
輸入/輸出子系統簡稱I/O系統,由I/O控制器、各種I/O接口或總線接口、外設等組成。為了實現計算機與萬物連接,就需要微型計算機系統能夠與形形色色的外設連接。由于外設種類繁多,需要通過不同的接口與CPU內核連接,以確保微機內部數據與外界實現輸入/輸出,這樣的輸入/輸出控制與管理就需要I/O控制器來完成。
通常I/O控制器要能夠支持外設以不同的方式與微機系統進行信息交換,如中斷方式、DMA方式等;要能夠支持外設采用不同的總線與微機系統進行連接。
總線
總線即為傳送信息的通信線,用于微機系統中部件間、芯片間、系統間的連接。雖然在圖1.1中沒有直接畫出總線,但在微型計算機系統中總線無處不在。CPU內核中各功能部件連接需要總線,微處理器中各功能模塊連接需要總線,微機系統中各功能部件連接也需要總線。例如,CPU內核間采用環形總線連接,處理器與芯片組間采用DMI總線連接(參見2.5.4節);英特爾16位微機系統中采用ISA總線,32位微機系統中采用pci總線,64位微機系統中采用PCIe、USB總線等。
總線不僅僅是連接線,它涉及信號排列、連接結構、傳輸信號形式、傳輸協議、抗干擾等一系列的設計問題,總線的性能也直接影響到微型計算機系統的性能。
運算器
運算器由算術/邏輯單元(ALU)、ALU寄存器、累加器和狀態條件寄存器組成,它是數據的加工/處理部件,執行算術運算和邏輯運算。相對控制器而言,運算器接受控制器的命令而進行動作,即運算器所進行的全部操作都是由控制器發出的控制信號來指揮的。
運算器是對各類數據信息進行運算加工的核心部件,因而亦被稱作為算數邏輯單元,可進行“加減乘除”的算數計算和“與或非”的邏輯運算,主要由通用寄存器、狀態寄存器、累加器以及關鍵算數邏輯單元等構成。
主機箱
主機箱一般分立式和臥式兩種,主機箱內有主板、軟盤驅動器、硬盤驅動器、光盤驅動器、顯卡、電源、總線擴展槽及其他一些外圍設備接口。機箱的前表面上有一些按鈕和指示燈,如電源開關、軟驅、光驅等需要用戶操作的按鈕。機箱的背面有一些插槽,是計算機與外圍設備如顯示器、鍵盤、鼠標、打印機等的接口。
主板
主板也稱系統板或母板,是PC的核心部件,是各部分硬件相互連接的橋梁。我們在上面可以看到主要的部件有CPU插座、主板芯片組、內存插槽、總線擴展槽(PCI、AGP)、驅動器接口、外設接口(鍵盤口、鼠標口、串口調試軟件、并行接口、USB接口、擴展插座等)。
CPU
CPU是中央處理單元(Central Process Unit)的縮寫,也被稱做微處理器MPU(Micro Processor Unit),或直接被稱為處理器(Processor)。CPU是個人計算機的核心,其作用和人類的大腦相似,負責處理、運算計算機內部的所有數據。同時,與CPU配合的主板芯片組則更像是心臟,它控制著數據的交換。CPU的種類決定了用戶使用的操作系統和相應的軟件。CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內部總線等構成,其中寄存器組用于在指令執行過后存放操作數和中間數據,由運算器完成指令所規定的運算及操作。
輸入設備
PC常用的輸入設備(Input Unit)有鍵盤、鼠標、光筆、掃描儀、數字化儀、麥克風、觸摸屏、條碼讀入器等,下面介紹常用的兩種設備。
鍵盤
鍵盤是人們用來操作計算機的工具,是PC的必備輸入設備。通過鍵盤,用戶可以將命令、程序、數據等輸入到計算機中去,計算機再根據接收的信息做相應的處理。
鍵盤以按鍵開關材料、構造區分為電容式和機械式。鍵盤的按鍵數曾出現過83鍵、93鍵、96鍵、101鍵、102鍵、104鍵、107鍵等,主流的是104鍵鍵盤及在它的基礎上增加了個性化功能鍵的多媒體鍵盤。多媒體鍵盤對于收發電子郵件、打開瀏覽器軟件、啟動多媒體播放器等操作都只需按一個特殊按鍵,有些還可以自行設置功能,使PC操作進一步簡化和靈活。
按照功能和排列位置,可將鍵盤分為四個部分:打字鍵區、功能鍵區、編輯控制鍵區和付鍵盤區。
為了提高打字速度,十指應分工負責不同的按鍵,這就是“指法”。
鼠標
鼠標作為PC的輸入設備之一,適合菜單式命令的選擇和圖形界面的操作。鼠標分為機械鼠標和光電鼠標兩大類。通常,機械鼠標采用ps/2接口或串口調試軟件與主機相連,而光電鼠標采用USB接口與主機相連。
機械鼠標雖然價格低廉,但容易磨損,不易保持清潔,已基本退出PC標準配置;光電鼠標定位準確,勿須清潔,可靠耐用,而且隨著技術成熟價格越來越低,是目前PC的標準配置。
輸出設備
PC常用的輸出設備(Output Unit)有顯示器、打印機、音箱、繪圖儀等,下面介紹常用的三種設備。
顯示器
顯示器是PC系統中最重要的輸出設備,通過它可以看到存儲器中的數據、程序、正執行的命令,以及機器的運行狀態,也可以用來監視用戶輸入的程序、數據,顯示程序的運行結果和圖形等信息。
軟件系統
任何微型計算機要正常工作,只有硬件是不夠的,必須配上軟件。只有軟、硬件相互配合,相輔相成,才能使微型計算機完成人們所期望的功能。可以這么說,硬件是系統的軀體,軟件(即各種程序的集合)是系統的靈魂。不配備任何軟件的微型機,稱為物理機或裸機,它和剛誕生的嬰兒一樣,只具有有限的基本功能。一個小孩將來可以成為一個偉大的科學家,也可以成為一個無所事事的人,這主要取決于他本人和社會如何對他進行灌輸,即在他的腦子中給他灌輸怎樣的知識。同樣,對于一臺微型機,若給它配備簡單的軟件,它只能做簡單的工作;若給它配備功能強大的軟件,它就可以完成復雜的工作。
PC的軟件系統包括操作系統、驅動程序及應用程序三種。
系統軟件
系統軟件用來對構成微型計算機的各部分硬件(如CPU、主存、各種外設)進行管理和協調,使它們有條不紊、高效率地工作。同時,系統軟件還為其他程序的開發、調試、運行提供一個良好的環境和平臺。
最重要的系統軟件就是操作系統。它一般由廠家配置在微型計算機上。一旦微型計算機接通電源,就進入操作系統。在操作系統支持下,可實現人機交互;在操作系統控制下,可實現對CPU、主存和外部設備的管理以及對各種任務的調度與管理。
在操作系統平臺下運行的各種編程語言開發工具、數據庫管理系統、各種硬件監測診斷等工具軟件以及本書將要涉及的c語言和匯編語言集成開發環境均是系統軟件的組成部分。
在操作系統及其他有關系統軟件的支持下,微型計算機的用戶可以開發他們的應用軟件。
軟件系統具體為操作系統、驅動程序及應用程序三種。其中,主流的操作系統分為DOS操作系統、Windows操作系統、UNIX操作系統、Linux;驅動程序分為語言處理程序、數據庫管理系統;應用程序主要為信息管理軟件、輔助設計軟件、實時控制軟件。
應用軟件
應用軟件是針對不同應用、可實現用戶要求的功能軟件。例如,Internet上的Web應用、各部門的MIS程序、CIMS中的應用軟件以及用于工業生產的監測控制程序等。
各種應用軟件根據其功能要求,在不同的軟、硬件平臺上進行開發,可以選用不同的開發,采用軟件工程的技術途徑進行。
應用軟件一般由用戶提出功能需求并交付給專業的軟件開發團隊完成開發,最終由用戶直接使用,因此也稱為用戶軟件。用戶可以根據微型計算機應用系統的資源配備情況,確定使用何種語言來編寫用戶程序,既可以用高級語言也可以用匯編語言。高級語言功能強,其語法比較接近人們日常生活的用語習慣,因此比較容易用其編寫程序;而用匯編語言編寫的程序則具有執行速度快、對端口操作靈活等特點。人們可以采用高級語言和匯編語言混合編程的方法來編寫用戶程序。
計算機程序
操作系統
操作系統(OperatingSystem,OS)是管理計算機硬件與軟件資源的計算機程序。負責指揮計算機硬軟件系統協調一致的工作。其任務一方面是管理好計算機的硬軟件全部資源,使它們充分發揮作用;另一方面是為計算機和用戶之間提供接口、為用戶提供一個便捷的計算機使用環境,使用戶不必掌握計算機的底層操作,而是通過操作系統提供的功能去使用計算機。
目前市面上主流的操作系統有:
(1)DOS操作系統
dos(DiskOperationSystem),磁盤操作系統是一個單用戶單任務的操作系統。自1981年推出1.0版,發展至今已升級到6.2版,DOS的界面用字符命令方式操作,用戶通過鍵盤命令對計算機進行各種操作及管理,而且只能運行單個任務。
(2)Windows操作系統
Windows是微軟在1985年11月發布的第一代窗口式多任務操作系統,它使PC進入了圖形用戶界面(GraphicUserInterface,gu)時代它以可視化的窗口、直觀的圖標、按鈕、菜單將豐富多彩的系統功能展現給用戶用戶可以借助鼠標、觸筆等通過單擊或雙擊圖標、按鈕、菜單選項,以對話的形式實現系統的各種功能,并在運行過程中隨時獲得系統的幫助,無須記憶過多的操作命令。目前在Windows系統下,已建立了辦公自動化、數據庫管理、程序設計等各種集成開發環境,使用者的應用和開發提供了理想的界面。Windows主要有桌面版、服務器版和移動版三個版本。
(3)unix操作系統
unix操作系統設計是從小型機開始的,從一開始就是一種多用戶、多任務的通用操作系統,它為用戶提供了一個交互、靈活的操作界面,支持用戶之間共享數據,并提供眾多的集成的工具以提高用戶的工作效率,同時能夠移植到不同的硬件平臺。
(4)Linux操作系統
Linux是一套免費使用和自由傳播的類似UNIX的操作系統。用戶不用支付任何費用就可以獲得它和它的源代碼,并且可以根據自己的需要對它進行必要的修改,無償對它使用,無約束地繼續傳播。Linux以它的高效性和靈活性著稱。它能夠在計算機上實現全部的UNI特性,具有多任務、多用戶的能力,而且還包括了文本編輯器、高級語言編譯器等應用軟件。它還包括帶有多個窗口管理器的X-Windows-圖形用戶界面,是一個功能強大、性能出眾、穩定可靠的操作系統。
驅動程序
(1)語言處理程序
用于程序設計的語言,經歷了機器語言、匯編語言到高級語言的發展過程。
語言處理程序的主要功能是把用戶編制程序用的源程序翻譯成計算機硬件所能識別和處理的目標代碼,以便使計算機能執行用戶以各種程序設計語言所描述的任務。不同編程語言的源程序對應于不同的語言處理程序。常見的語言處理程序按其翻譯方法的不同可以分為解釋程序與編譯程序兩大類。前者對源程序的翻譯采用邊解釋邊執行的方法,不生成目標程序,稱為解釋執行;后者必須先將源程序翻譯成目標程序,才開始執行,稱為編譯執行。
計算機所能接受的語言與計算機硬件所能識別和執行的語言并不一致。計算機所能接受的語言很多,如機器語言(用0、1代碼按機器的語法規則組成的語言)、匯編語言(將機器語言符號化的語言)、高級程序設計語言(能表達解題算法的面向應用程序的接近人類語言的計算機語言如BASIC、Fortran、Pascal、、VB、VC、Visual FoxPro、Delph語言以及Java、Python、C#等)。計算機的硬件所能識別和執行的只有機器語言。
(2)數據庫管理系統
數據庫就是實現有組織地、動態地存儲大量相關數據,方便用戶訪問的計算機軟、硬件資源組成的系統。數據庫和數據庫管理軟件一起組成了數據庫管理系統。
數據庫管理系統有各種類型,目前許多計算機都配有數據庫管理系統,如Foxpro、ACCESS數據庫、Oracle數據庫、SQLServer等,而且各種數據庫管理系統也在不斷發展中。
應用程序
由于計算機具有高速運算和邏輯判斷能力,又能夠存貯自己所執行的程序,并能很方便的更換這些程序,因而計算機的通用性極強。為了解決各種計算機應用問題而編制的軟件叫做應用軟件或專用軟件。應用軟件是除了系統軟件以外,用戶根據自己的業務需要而使用程序設計語言開發的程序及其文檔,主要包括信息管理軟件、輔助設計軟件、實時控制軟件等。需要注意的是只有當將系統軟件安裝后,才能再安裝應用軟件。
主要分類
個人計算機即通常所說的PC(personal 計算機)。PC一詞源自1981年IBM公司的第一部桌上型計算機的型號。臺式機、筆記本電腦、平板電腦等都屬于個人計算機的范疇。
臺式機
臺式機,又稱桌面機,其主要部件,包括主機、顯示器、鍵盤、鼠標等一般都是相對獨立的,通常放置在電腦桌或者專門的工作臺上。相比于其他類型的個人計算機,臺式機的性能、可擴展性(即便于升級)都比較好。一體機也被認為是臺式機的一種。一體機的芯片、主板與顯示器集成在一起,因此只要將鍵盤和鼠標連接(包括無線連接)到顯示器上就能使用。
筆記本電腦
筆記本電腦,又稱手提電腦或膝上型電腦,是一種將主機、顯示器、鍵盤等整合在一起的便于攜帶的小型個人電腦。筆記本電腦除了鍵盤外,往往還提供了觸控板(touchpad)或觸控點(Pointing Stick)設備,以提供更好的定位和輸入功能。
一般的筆記本電腦的重量只有2公斤左右,無論是外出工作還是旅游,都可以隨身攜帶,非常方便。從用途上看,筆記本電腦一般可分為4類:商務型、時尚型、多媒體應用型、特殊用途型。
商務型筆記本電腦的特征一般為移動性強、電池續航時間長;時尚型外觀特異也有適合商務使用的時尚型筆記本電腦;多媒體應用型的筆記本電腦結合強大的圖形及多媒體處理能力,又兼有一定的移動性。市面上常見的多媒體筆記本電腦擁有獨立的較為先進的顯卡,較大的屏幕等特征;特殊用途的筆記本電腦是服務于專業人士,可以在酷暑、嚴寒、低氣壓、戰爭等惡劣環境下使用的機型,多較笨重。
筆記本電腦的出現極大地提升了人們的工作效率,同時又具有可移動辦公、耗電量少等優點,給人們的生活帶來了極大的便利。
平板電腦
平板電腦是一款無須翻蓋、沒有鍵盤、移動性和便攜性比筆記本電腦更勝一籌的小型個人電腦。其構成組件與筆記本電腦類似,但不使用鍵盤和鼠標輸入,而是采用觸摸屏方式或者觸筆在屏幕上書寫的方式。
隨著移動互聯網時代的到來與飛速發展,個人計算機已日趨便攜化、移動化,且輸入方式更為方便靈活(如手寫、語音輸入等),形狀各異的各種便攜式計算機將層出不窮,而傳統的PC市場已受到擠壓。但PC作為生產力平臺的地位依然穩固。
平板電腦擁有的觸摸屏(又稱數位板技術)允許用戶通過觸控筆或數字筆來進行作業而不是傳統的鍵盤或鼠標。用戶可以通過內建的手寫識別、屏幕上的軟鍵盤、語音識別或者一個真正的鍵盤實現輸入。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、小到可以放入女士手袋,但是卻功能完整的PC。
平板電腦由比爾·蓋茨提出,應支持來自X86(英特爾、AMD)和ARM的芯片架構,平板電腦分為ARM架構(代表產品為iPad和安卓平板電腦)與X86架構(代表產品為surface Pro)。后者X86架構平板電腦一般采用Intel處理器及Windows操作系統,具有完整的電腦及平板功能,支持exe程序。
iPad在外觀上,具有與眾不同的特點。如同一塊配置了硬盤等硬件設備的較厚的液晶顯示屏。平板電腦的最大特點是數字墨水和手寫識別輸入功能,以及強大的筆輸入識別、語音識別、手勢識別能力,且具有移動性,極大地提升了人們的工作效率,給人們的生活帶來了極大的便利。
PC的特點
運算速度快、計算精度高
計算機的運算速度是以每秒鐘可執行多少百萬條指令(MIPS)來衡量的。現代計算機的運算速度為數萬MIPS,因此計算速度是相當快的。如在天氣預報中,求解一個包含幾百個未知數的代數方程若用人工計算的話,需要幾十年的時間,而使用計算機只需要幾秒鐘的時間,并且使用計算機計算可以得到很高的計算精度。
記憶能力強
計算機的存儲器類似于人的大腦,可以“記憶”(存儲)大量的數據,以備隨時調用。存儲器不但能存儲大量的信息,而且可以快速、準確地存入和取出這些信息。如一本750萬字的圖書可以保存在U盤中,并且可以快速地進行查找、排序、編輯等操作。
可靠的邏輯判斷能力
計算機可以對字母、符號、漢字和數字的大小和異同進行判斷、比較,從而確定如何處理這些信息。另外,計算機還可以根據已知的條件進行判斷和分析,確定要進行的工作。因此,計算機可以廣泛地應用到非數值數據處理領域,如信息檢索、圖形識別及各種多媒體應用領域。
工作自動化
計算機的內部操作是根據人們事先編制好的程序自動執行的,無需人工干涉。只要將程序設計好,并輸入到計算機中,計算機就會依次取出指令、執行指令規定的動作,直到得出需要的結果為止。
計算機的應用領域
科學計算
科學計算是計算機最早的應用領域,它是指利用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數值計算問題。在現代科學技術工作中,科學計算的任務是大量的和復雜的。利用計算機運算速度高、存儲容量大和連續運算能力強的特點,可以解決人工無法完成的各種科學計算問題。例如,工程設計、地震預測、氣象預報、火箭發射等都需要由計算機承擔龐大而復雜的計算工作。
信息管理
信息管理是以數據庫管理系統為基礎,輔助管理者提高決策水平,改善運營策略的計算機事務處理技術。據統計,80%以上的計算機主要用于信息管理領域,信息管理已成為計算機應用的主導方向。
過程控制
過程控制是利用計算機實時采集數據、分析數據、按最優值迅速地對控制對象進行自動調節或自動控制。計算機過程控制已在機械、冶金、石油、化工、電力等行業部門得到廣泛的應用。
輔助技術
計算機輔助設計(CAD)
計算機輔助設計是利用計算機系統輔助設計人員進行工程或產品設計,以實現最佳設計效果的一種技術,廣泛應用于飛機、汽車、機械、電子、建筑和輕工等領域。
計算機輔助制造(CAM)
計算機輔助制造是利用計算機系統進行產品的加工和控制,輸入的信息是零件的工藝路線和工序內容,輸出的信息是刀具的運動軌跡。
計算機輔助教學(CAI)
計算機輔助教學是利用計算機課件為基礎進行集圖、文、聲、像為一體的多媒體課堂教學技術。
人工智能
人工智能(ArtificialIntelligence,AI)的主要目的是用計算機來模擬人的智能,其主要任務是建立智能信息處理理論,進而設計出可以展現某些近似人類智能行為的計算機系統。目前的主要應用方向有:機器人(Robots)、專家系統(ExpertSystem,ES)、模式識別(PatternRecognition)和智能檢索(IntelligentRetrieval)等。
發展趨勢
納米計算機
納米計算機是用納米技術研發的新型超級計算機,體積約是人頭發直徑的千分之一,性能比傳統的計算機強大很多,而且有著極強的導電性。當前,納米計算機是主要的研究方向之一,當前計算機所使用的芯片大多是有硅芯片,有硅芯片對體積有一定的要求,當體積縮小到一定程度時,再將其面積縮小其電量損耗就會加大,而通過結合納米技術和計算機技術,能夠實現薄膜晶體管取代傳統晶體管,有效解決當前集成電路計算機中的弊端,加之納米計算機的預計生產成本也比較低,因此納米計算機具有廣闊的應用前景。
生物計算機
生物計算機又稱仿生計算機,生物計算機通過生物芯片替代了半導體晶體管,使其更加可靠、體積更小,并能夠對整個運算過程進行優化。由于生物的遺傳形狀主要是由脫氧核糖核酸決定的,DNA是具有基因編碼的雙鏈大分子,且蛋白質的結構等信息都儲存在DNA的雙鏈分子中,所以,生物計算機具有很強的信息儲存能力。另外,由于通過控制脫氧核糖核酸的狀態可以有效控制DNA的信息,而且生物計算機具有很強的信息處理能力,這為生物計算機帶來了很多優勢,不僅表現在功率高體積小,而且存儲和芯片也具有一定的可靠性。當前生物計算機主要有兩個方向,一方面是將計算機中的半導體元件利用有機化合物元件進行替代;另一方面則是對人腦結構、思維規律等方面進行深入研究,以此為依據進行生物計算機的研發。
光子計算機
光子計算機主要是通過利用光信號進行信息處理和存儲的新型計算機,其在進行數據存儲時主要利用的是光子和光運算,而且當對數據處理錯誤時不會影響到最終的結果。隨著光學的研究和發展,如今光學工程領域已經取得了一定的成就,在實際的生產和發展過程中不少電運算已經被光運算取代,例如:光學反射折射鏡、激光器等光學元件已經完全取代了傳統的電子設備。而光學在計算機中的應用主要是利用光信號進行信息運算和傳輸,與集成電路計算機相比,光子計算機具有其優勢:首先,光子計算機的穩定性更強,由于集成電路計算機中存在電荷,容易受到磁場的干擾而使運行過程受到影響,而光子計算機中則不存在這一干擾因素,因此會相對穩定;其次,光速高達3×108m/s,光子計算機的運行速度非常快,遠超集成電路計算機;最后,光子計算機的儲存量相對較大,由于不是電磁干擾,光束的光子互聯密度較大,因此光子計算機的存儲量也相對較大。
量子計算機
量子計算機在進行處理和存儲數據時,會根據量子算法,采用一量子比特的形式進行儲存數據,所以,量子計算機在數據處理的速度上有了很大的進步。量子計算機是未來計算機發展的一大方向,量子計算機在傳輸信息的速度上具有傳統計算機無法比擬的優勢,但是受到技術水平的限制,量子計算機尚未能展開實踐,目前還處于理論階段,各國都對量子計算機的實踐有所設計,但均存在這樣或者那樣的缺點,最終沒有落實到實際中。
微型化
微型計算機的體積已經很小,,可以放在桌面上或像公文包一樣提在手上,甚至還有掌上計算機。
網絡化
網絡化是指利用計算機技術和現代通信技術,把各個地區的計算機互聯起來,組合成一個規模巨大的計算機網絡,實現一個地區,一個國家乃至全世界的信息資源共享。
計算機網絡化是指用現代通信技術和計算機技術把分布在不同地點的計算機互聯起來,組成一個規模大、功能強的可以互相傳輸信息的網絡結構。網絡化的目的是使網絡中的軟、硬件和數據等資源能被網絡上的用戶共享。今天,計算機網絡可以將遠隔千山萬水的計算機聯入國際網絡。當前發展很快的微機局域網正在現代企事業單位中發揮越來越重要的作用,計算機網絡是信息社會的重要技術基礎。
?智能化
智能化是指利用計算機運算速度快、記憶力強和邏輯推理嚴密的特點來模擬人腦思維的過程,進而完成人腦不可能勝任的復雜工作,稱為人工智能。
計算機信息技術不斷向智能化、微型化的方向發展,有利于社會公眾隨時隨地帶來便捷的智能工具辦公,獲得更多有用信息,增強交流和業務效能,更好滿足人們現代化需求。第四次工業革命完成之后,多個行業發展的各個環節不斷滲入規范化生產管理,促進計算機信息技術成為社會公眾生產、生活的主要工具。為人們提供豐富多彩的人性化選擇和服務,有效推進社會不斷進步和發展,同時持續改進和優化人機交互體系成為該技術持續探究的主要領域。人們和計算機的交互在將來更加便捷,能有效擴充文字,增加多種語言,甚至出現視網膜識別等。智能化計算機呈現出快速的運轉效率,計算機體系能在瞬時完成多項指令,更好地使用平行處理技術。計算機包含較多處理芯片,實現多種、復雜使命的高效完成。例如,計算機信息技術就是人類登上太空,探究太空的主要設備,和人類大腦具有相似功能,能為人們學習、生活和工作帶來方便;另外,現代化VR技術、AI等技術的創新發展,促進人們仿佛身臨其境,虛擬技術真實模仿特定環境,有效減少現實成本的付出,獲得更加良好的應用成果。
多媒體化
傳統的計算機處理的信息主要是字符和數字。多媒體信息發布系統可以集圖形、圖像、音頻、視頻、文字為一體,使信息處理的對象和內容更加接近真實世界。
互聯網的出現有效突破主要通過電視廣播和報紙等途徑獲得相關信息資源,造成信息存在嚴重延遲的局限性,幫助人們可從多種途徑及時獲得更多信息,同時結合信息和事件發表自己的意見和觀點。信息技術發展到相應階段出現藍牙技術,有效縮短人們之間信息的傳送距離,是多媒體的主要特征之一。近些年,電腦和生活關系日益緊密,主要由于數字晶片和多媒體技術不斷成熟發展。數字化多媒體在將來發展中獲得長足進步,為計算機信息技術發展提供有力的支撐和保障。
參考資料 >
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淺談現代計算機技術的發展方向與趨勢.中國知網.2023-06-21
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