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计算机的原理及组成
计算机知识系列漫谈之一
武照
1946年，世界上第一台电子计算机在美国诞生了。时至今日，他已经走过了半个多世纪，经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路四个时代。目前，正在向第五个时代研制发展，即人工智能计算机。专家预测，大约在于2005年，人工智能计算机即可问世。届时，计算机操作将更加简单、明了，即使你对计算机一无所知，也可以实现人机对话、语言交流，是地地道道的傻瓜型机器。也就是说，只要你按下电源开关，并对电脑说出你的意图，余下事情，电脑就可以替你完成一系列繁琐的工作。当然，这也是电脑为步入家庭、普及社会所担负的历史使命和发展使然（因为全民素质有限，不可能人人具有专业的计算机知识。计算机要普及全人类，就必需降低初学者的门槛儿）。这一意图，是微软主席、软件首席设计师比尔盖茨提出的，他也是这样运作的。从发明计算机语言DOS开始，沿着Windows31、Windows32、Windows95......一路走来，其操作越来越简易、窗口越来越直观，其目的就是让人们更容易的接受电脑、操作电脑。我们要真诚的感谢比尔这位世界顶级大师，他的预见性、前瞻性，为全人类节省了好多时间，省却了好多弯路。不过，眼下我们所操作的，大多为第四代大规模集成电路电脑。下面，我们就第四代电脑的组成、功能作一简述：
盖茨先生创建并领导的美国微软公司（microsfot）独领风骚、傲视群雄。他们从诞生之日起，就领导着世界软件业的发展潮流，代表着软件业的发展方向。他们推出的系列视窗系统软件，无以伦比、称霸全球。这两位软、硬件业的世界大亨，同时也是业务上的良好合作伙伴。他们在竞争中发展，友善中合作，业界称他俩为"温特尔双胞胎"（即Windows视窗和Intel中央处理器的亲密合作）。广义上讲，计算机的组成可以为硬件和软件两大组成部分。所谓硬件，通俗的讲，就是我们摸得着、看得见的实实在在的计算机部件；所谓软件，即利用一定的计算机语言，编制出的计算机程序。软件存在于意识领域，是我们触摸不到的东西。软件依附于硬件而发挥作用，硬件因有了软件才得以灿烂。没有软件，硬件只是一个空壳，计算机不能发挥任何作用；没有硬件，软件就是无本之木、无源之水，只能变成纸上谈兵。我们不妨作一个这样的比喻：硬件好比一座房子的大架子，软件好比这座房子的内部装修及功能设置。没有房子的框架，整个房子无以支撑；没有门窗及内部功能设置，整个空房子又毫无用处。所以说，只有二者巧妙完美的结合起来，房子才会很好的发挥其作用。在世界计算机硬件业，以美国葛洛夫为首的英特尔（Intel）公司，占有主导地位。他们推出的Intel系列cpu及其他芯片产品，据有世界芯片产业百分之六、七十的市场，号称世界"芯片大王"；在软件业，以世界首富、顶级奇才、时代超人比尔
狭义上讲，计算机包括输入设备、输出设备及主机设备等几部分。输入设备包括键盘、鼠标、手写板、数码相机、扫描仪、读卡器等；输出设备包括打印机、喷绘仪、制图仪等终端设备；电脑主机包括机箱、主板、中央处理器（即CPU）、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、软驱、调制解调器、电视卡及各类专业软件的硬卡或加密狗。
从功能上讲，主机还可以分为运算器（相当于算盘）、存储器（相当于纸）、控制器（相当于人的脑和手）等几个部分。存储器，他是计算机的记忆装置，用来存放程序指令和数据。它又可以分为临时记忆体和永久记忆体。临时记忆体是指内存等临时性记忆介质；永久记忆体是指硬盘、软盘、光盘、U盘、磁带等永久性记忆介质。运算器，可以进行算术运算和逻辑运算。在需要进行某项运算时，由控制器发出运算命令（例如使用A和B相加），最后再将运算结果送回存储器K存起来，以便输出或下次运算时使用它。控制器，它根据程序的规定发出控制命令。程序事先存放在存储器中，它规定了操作步骤。控制器依次从存储器中取出一条条指令，对指令进行分析，然后发出适当的电讯号使计算机各部分执行相应动作。
控制器和运算器合称"中央处理器"（Central processor Unit），简称CPU，它是计算机的核心部分，俗称计算机的"大脑"。
从计算机用途上讲，计算机又可以分为家用计算机、商用计算机和工控计算机等。家用计算机一般比较注重外观，小巧玲珑、美观雅致，同时，多媒体配置比较齐全，像音箱、声卡、光驱、调制解调器等附属配件，一应俱全；与此相对应的是，商业计算机恰恰在多媒体配置方面比较简易，机箱也比较大、比较笨重，而他们的内存和硬盘相对于家用计算机来说，却要明显的加大；工控计算机一般用于专用机房或计算机工作站，有时也称服务器。他的硬盘和内存容量，相对于家用和商用计算机而言，要大几倍甚至几十、几百倍，C PU一般多于一颗，有的甚至达到几百几千颗。这类计算机一般是专为特定的工作而定制的。
从计算机规模上讲，计算机还可分为微型计算机和超级计算机。微型计算机又称个人PC机或微机，我们日常所说的所用家用或商用计算机，一般即指这款微机，微机一般拥有一块主板和一颗CPU，个别微机也会拥有一块主板和两颗CPU，只是不普及；超级计算机是一种主机电脑，按照美国的传统词典的解释，是在一定时期内可以得到一种容量最大，运行速度最快，功能最强的计算机。他拥有几百颗几千颗甚至上万颗CPU，以及一大批主板。如果说个人微机是单个计算机的话，那么超级计算机就是一群或一批个人计算机的组合。
"2002年底，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室公布了最新的全球超级计算机500强名单，日本电气公司（NEC）为日本地球模拟中心建造的超级计算机‘地球模拟器'，以每秒35.86万亿次的运算速度名列榜首。名列第二和第三的分别是美国的IBM公司和惠普公司，为洛斯阿拉莫斯国家实验室新建的两台超级计算机-‘ASCI'和‘Q'，其运算速度均为每秒7.73万亿次。
超级电脑的运算速度到底有多快？德国曼海姆大学、美国田纳西大学和美国能源部劳伦斯伯克利实验室的专家们指出，目前全球速度名列前茅的500部超级电脑中，速度最慢的，每秒钟也能运算近2000亿次。速度最快的一批电脑中，有47台每秒运算次数超过10000亿次。超级电脑冠军-日本研制的"地球模拟器"，每秒能进行的浮点运算次数接近了36万亿次，而且这还刚刚达到了其理论速度极限的87%。也就是说，它的运算还有增速的潜力。专家们同时指出，运算次数接近每秒36万亿次是个理论上的数字，在实际的应用中，往往要比理论数字低一些。"地球模拟器"中心的负责人也说，这座超级电脑在运行一套气象模型软件的时候，速度基本维持在每秒26万亿次左右。
强中更有强中手，江山代有人才出，各领风骚没几年。最近，IBM 获得了为美国能源部制造两台最快速的超级电脑合同。这两台电脑将把目前的世界冠军远远抛在后面，这也就是说，超级电脑变得更加Super。IBM的这两台新机器中，一台叫"蓝基因"，计算速度可以达到每秒360万亿次；另一台叫"ASCI紫色"，运算速度每秒100万亿次。这分别是现有最快的超级电脑的3倍到10倍。而两部电脑合起来，每秒能联合运算460万亿次。数据处理能力相当于目前世界上五百部功能最强大的超级电脑总和的1.5倍。
这些速度是什么概念呢?让我们拿个人电脑来比一比。美联社报道说，现在最快的个人电脑每秒能处理10亿条指令，而超级电脑的浮点运算要比这复杂得多，未来的"蓝基因"超级电脑处理信息的速度相当于普通家用电脑的40万倍。IBM因特网技术和战略部的负责人纳尔逊说："一些科学家说，这是有史以来电脑第一次和人脑一样对信息进行粗处理的能力。"
原子时代之初，科学家就运用计算机设计核武器，第二次世界大战时，美国研制原子弹的"曼哈顿计划"，最初用的计算机安装在新墨西哥州阿拉莫国家实验室，是需要一屋子妇女操作的手摇机，也就是人们通常所说的加法器。核武器领域高深物理学研究的需求带动了超级计算机工业的发展，随着技术不断改进，最先进的超级计算机问世后，第一台常常被美国国家武器实验室买走。而冷战结束后，原来在内华达州实地进行原子弹和核弹头的试验取消，核武器研究人员对计算机功能的需求更迫切。惠普、IBM等出口的计算机终于让科学家们如愿以偿了。IBM的"ASCI白色"超级计算机就正在利弗尔国家实验室从事模拟核爆炸和宇宙的形成、飞行器设计等军事工作。而"蓝基因"和"ASCI紫色"更能让核物理学家们梦想成真。
超级电脑"蓝基因"可以储存相当于十亿部书的信息，可以模拟各种物理现象，预测材料的性能、烈性炸药的"行为"，以及地球大气层和污染源之间的相互作用等等；可以用于气象研究，例如飓风预报，以及生物学的DNA分析。IBM的专家纳尔逊说："这一机器能够为各种实验提供准确的资料和帮助。"
根据利弗莫尔国家试验室核武器项目负责人、物理学家布鲁斯古德温的说法，另一台"ASCI古德温说："蓝基因"有如超音速战斗机，速度快但功能较少，而"紫色"计算机运算速度比"蓝基因"慢，但布鲁斯ASCI紫色"则好像功能更强，飞行速度较慢的747客机。他表示，北加州的利弗莫尔国家实验室估计，2005年才能够完全安装好这两台机器。美国能源部将用它来模拟核武器爆炸，从而无需进行备受指责的地下核试爆。
除了进行核武器模拟，超级电脑还有一个重要的军事用途就是监视那些从太空飞向地球的物体，看看它们到底是陨石、太空船、掉落的人造卫星，还是UFO不明飞行物。夏威夷的一个高性能电脑中心有一台IBM超级电脑，就是专门负责这个工作的。它能迅速地把太空望远镜拍下的模糊影像转换为清晰的移动图像，以便美国空军看出那究竟是什么。这个超级电脑每秒能运算4800亿次，比1997年打败国际象棋大师卡斯帕罗的IMB超级电脑"深蓝"要快上将近40倍。毫无疑问，随着美国导弹防御计划的推进，越来越多的超级电脑会加入现役。2003年3月20日美国挑起的入侵伊拉克战争，使用了90%以上的精确制导武器，信息中心从侦察机获取情报后，不到一分钟就能琐定目标，并发射导弹。这其中的奥秘，就是幕后专家--超级电脑在发挥作用。
军事之外，超级电脑也能造福于民，可以从事各种模型的处理。一些大公司用它来开发产品或检验产品的应用；一些政府机构用它来进行大规模试验、计算和研究；一些研究机构用它来观察气象、预测环境。这些工作涉及的因素很多，情况比较复杂，只有超级电脑才能比较容易且准确算出结果。当然，受现有技术的限制，超级电脑还不是万能的。就拿预测地震来说，即使是现在最快的超级电脑-日本的"地球模拟器"也做不到。"地球模拟器"中心的负责人就曾经表示，他希望下一代的"地球模拟器"能预测地震。
世界第一台个人计算机是个庞然大物，其体积足足要占去四间房屋的空间，而现在的个人计算机小巧玲珑，一只手即可提走。但超级电脑则不然，他比第一代电脑更庞大。在硬件结构方面，超级电脑的机身，往往不是一个，而是一群，所占地方，往往不是一点，而是一片，例如"ASCI紫色"电脑重197吨，体积相当于200个电冰箱的总和；里面有250多公里长的光纤和铜制的电缆，具有超强的存储功能。
图瑞克表示，超级电脑其实是一组组的电脑，通过软件结合起来，进而实现步调一致，如同一台电脑一样。中央处理器，也就是CPU，是计算机的大脑。超级电脑联合使用大量的CPU。有些超级电脑干脆就是一大批个人电脑组成的电脑群，他采用的是"小蚁雄兵"团体战略。IBM公司超级电脑部门的副总裁戴维
一台个人电脑一般有一至两个CPU，相比之下，"地球模拟器"采用了平行架构，使用了5000多个CPU，超级"白色"使用了8000多个CPU，而"蓝基因"将使用13万个IBM最先进的Pcwer5 CPU。"ASCI紫色"电脑使用大约12600个IBM新型CPU。
CPU那么多，难道不会出现时有失灵吗？
答案肯定是有的。IBM的专家纳尔逊说，新的电脑系统将能自动绕过失灵的部位。纳尔逊说："最大的挑战是，制造一台可以自己管理自己的电脑。我们必须研制出可以监督每个CPU健康状况的软件。在出现问题的时候，可以通过备用的CPU来完成任务，而不必关机更换CPU"
名列前茅的超级电脑造价几何？根据《纽约时报》的报道，IBM和美国能源部签订的制造超级电脑的合同价值2.9亿美元，而"地球模拟器"造价是4亿美元。上亿美元，对于任何人来说，这都不是个小数目。但为什么美国的两台更先进的超级电脑的造价，比日本的这一台超级电脑还要低呢？这是因为日本的超级电脑使用的处理器是专门为超级电脑设计的，所以比较贵。而美国的超级电脑使用的处理器是在商业上能通用的，可以批量生产的，因此相对比较便宜。
当今世界，使用和制造超级电脑最多的自然是美国。根据德国曼海姆大学、美国的田纳西大学和联邦能源部的专家在2002年底公布的关于全球前500部超级电脑的联合报告，这些电脑有46%安置在美国，其中91%是美国制造的。
全球超级电脑500强评比每半年举行一次，由美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室、田纳西大学和德国的曼海姆大学共同完成。500强的排名标准是根据全球各大超级电脑的运算能力，评选过程采用目前通行的Lipack测试方法，即由各超级电脑运行一个大家都认可的供超级电脑使用的标准程序，根据计算机运算这一程序的表现确定其Linpack速度。因此，Linpack速度测试是所有超级电脑在同一平台上的较量。
我国联想集团自行研发成功的超级电脑--"联想深腾1800超级电脑系统"，是我国首台由企业独立研发的商用万亿次高性能计算机。共有526颗英特尔高性能XEON（至强）处理器，内存为272GB，硬盘容量为6TB，机身总长14米，共有20个机柜。其运算速度为每秒1.05万亿次，在全球超级电脑中排行二十四名，这意味着中国是继美、日之后全球第三大超级电脑的研制国。
和个人电脑相比，超级电脑市场无疑非常小。那么，为什么像IBM这样的IT巨头这么卖力来研制超级电脑，参加这类"花俏"的比赛呢？伯克利国家能源实验室计算中心负责人霍斯特说：登上五百强超级电脑的排行榜首，就如同获得了奥林匹克金牌，不少公司就是用这份名单来影响他们的顾客。田纳西大学的唐加拉说："这些公司是在用这样的研究工作来获得官方资助，加快他们自身的技术发展。"唐加拉说："这是一个很好的改良产品途径。迟早这些尖端技术会渗透到我们的日常用品中。比如IBM就期待着把两台超级电脑的Power5 CPU，从2003年起，用于商用的电脑服务器中，随后再用于台式电脑。当然，还可能用于电子游戏机。IBM希望以此来换取芯片的商业应用，进而赚取丰厚的利润回报。"
计算机各部分之间的联系及运算解题过程，我们不妨图例如下
计算机为什么能处理各种不同的问题呢？这是由于人们事先对各类问题进行了分析，确定了解决问题的方法和步骤。然后根据它编写出计算机程序，而后再让计算机执行这个程序。这样才得出最后的结论。我们通常将解决问题的方法和步骤称之为"算法"，计算机解决一个问题的过程，就是实现一个算法的过程。
计算机是怎么产生的呢？追根溯源，他的鼻祖原来是古老的计算工具。
著名科普作家阿西莫夫说：人类最早的计算工具是手指。英语单词"Dight",既表示"手指"，又表示"整数数字"；而我们中国古人，则常常用"结绳"来帮助记事，"结绳"当然也可以充当计算工具。石头、手指、绳子......这些是古人用过的"计算器"。
远古时期，许多国家都不约而同地想到用"筹码"来改进计算工具。中国商周时期问世的算筹，实际上是一种竹制、木制或骨制的小棍。古人在地面或盘子里反复摆弄这些小棍，通过移动他们来进行计算。这样，就出现了"运筹"这个词，运筹就是计算，后来才派生出"筹"的词义。中国古代科学家祖冲之最先算出了圆周率小数后的第6位，使用的工具正是算筹。这个结果，即使笔算也很不容易。
算筹在使用中，一旦遇到复杂运算，常常会弄得繁杂混乱，让人感到很不方便。于是，中国人又发明了一种新式的"计算器"-珠算盘。
著名作家谢尔顿的小说《假如明天来临》，讲述了这样一个故事：骗子杰夫向经销商兜售一种袖珍计算器，并说它"价格低廉，绝无故障，节约能源，十年无需任何保养。"当商人打开包装盒一看，这台"计算器"原来是一把来自中国的算盘。这虽是一则小说里的故事，但由此也不难看出，古人很早就将算盘称之为"计算器"了。
世界四大发明发源地--黄河流域、印度河流域、尼罗河流域和幼发拉底河流域（现今的伊拉克，古巴比伦文化发源地）。先后都出现过不同形式的算盘，只是后来大多已经失传，只有中国的珠算盘一直沿用至今。
打珠算盘需要记住一套口诀，这个口诀有些相似于今天计算机的软件；珠算盘本身还可以存储数字，使用起来经济、方便，类似于今天计算机的内、外存储器；人通过大脑的思维和手的动作控制珠算盘，这又相当于计算机的控制器。由此观来，计算机的整个运算过程，十分类似于远古时代的珠算盘。珠算盘在帮助中国古代数学家取得了不少重大的科技成果，在人类计算工具史上，有着非常重要的地位。同时，他也是开启科学家对计算机创造和发明的智慧钥匙。可以毫不夸张地说，古老的珠算盘，就是我们今天电子计算机的鼻祖和雏形。
不过，有的专家推论，著名科学家帕斯卡（B.Pascal）发明的机械计算器，应该称作世界上第一台真正的计算机。
1623年，帕斯卡出生在法国一位数学家家庭，他三岁丧母，担任税务官的父亲抚养他长大成人。帕斯卡从小就显示出对科学研究的浓厚兴趣。
少年帕斯卡和父亲感情很深，他每天都看着年迈的父亲费力地计算税率税款，很想帮助做点事，可又怕父亲不放心。于是，未来的科学家想到了为父亲制做一台可以计算税款的机器。19岁那年，他发明了人类有史以来第一台机械计算机。
帕斯卡的计算机是一种系列齿轮组成的装置，外形象一个长方盒子，用儿童玩具那种钥匙旋紧发条后才能转动，能够做加法和减法。然而，即使只做加法，也有个"逢十进一"的进位问题。聪明的帕斯卡采用了一种小? ψ邮降募肿爸谩５倍ㄎ怀萋殖?转动时，棘爪便逐渐升高；一旦齿轮转到0，棘爪就"咔嚓"一声跌落下来，推动十位数的齿轮前进一档。
帕斯卡发明成功后，一连制作了50台这种被后人称为"帕斯卡加法器"的计算机，保存至今的至少还有5台。法国巴黎工艺学校，英国伦敦科学博物馆都可以看到帕斯卡计算器原型。据说在中国的故宫博物院，也保存着两台铜制的复制品，是当年外国人送给慈禧太后的礼品。"老佛爷"哪能里懂得它的奥妙，只把它当成了西方的洋玩具，藏在深宫里面。
帕斯卡是真正的天才，他在诸多领域内都有建树。后人在介绍他时，说他是数学家、物理学家、哲学家、流体动力学家和概率论的创始人。凡是学过物理的人都知道一个关于液体压强性质的"帕斯卡定律"，这个定律就是他的伟大发现并以他的名字命名的。他甚至还是文学家，其文笔优美的散文在法国极负盛名。可惜，长期从事艰苦的研究损害了他的健康，1662年帕斯卡英年早逝，年仅39岁。他留给了世人一句至理名言："人好比是脆弱的芦苇，但是他又是有思想的芦苇"。
全世界" 有思想的芦苇"，尤其是计算机领域的后来者，都不会忘记帕斯卡在混沌中点燃的亮光。1971年发明的一种程序设计语言-PASCAL语言，就是为了纪念这位先驱，使帕斯卡的英名常留在电脑长河里。
计算机知识系列漫谈之一
武照
1946年，世界上第一台电子计算机在美国诞生了。时至今日，他已经走过了半个多世纪，经历了电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路四个时代。目前，正在向第五个时代研制发展，即人工智能计算机。专家预测，大约在于2005年，人工智能计算机即可问世。届时，计算机操作将更加简单、明了，即使你对计算机一无所知，也可以实现人机对话、语言交流，是地地道道的傻瓜型机器。也就是说，只要你按下电源开关，并对电脑说出你的意图，余下事情，电脑就可以替你完成一系列繁琐的工作。当然，这也是电脑为步入家庭、普及社会所担负的历史使命和发展使然（因为全民素质有限，不可能人人具有专业的计算机知识。计算机要普及全人类，就必需降低初学者的门槛儿）。这一意图，是微软主席、软件首席设计师比尔盖茨提出的，他也是这样运作的。从发明计算机语言DOS开始，沿着Windows31、Windows32、Windows95......一路走来，其操作越来越简易、窗口越来越直观，其目的就是让人们更容易的接受电脑、操作电脑。我们要真诚的感谢比尔这位世界顶级大师，他的预见性、前瞻性，为全人类节省了好多时间，省却了好多弯路。不过，眼下我们所操作的，大多为第四代大规模集成电路电脑。下面，我们就第四代电脑的组成、功能作一简述：
盖茨先生创建并领导的美国微软公司（microsfot）独领风骚、傲视群雄。他们从诞生之日起，就领导着世界软件业的发展潮流，代表着软件业的发展方向。他们推出的系列视窗系统软件，无以伦比、称霸全球。这两位软、硬件业的世界大亨，同时也是业务上的良好合作伙伴。他们在竞争中发展，友善中合作，业界称他俩为"温特尔双胞胎"（即Windows视窗和Intel中央处理器的亲密合作）。广义上讲，计算机的组成可以为硬件和软件两大组成部分。所谓硬件，通俗的讲，就是我们摸得着、看得见的实实在在的计算机部件；所谓软件，即利用一定的计算机语言，编制出的计算机程序。软件存在于意识领域，是我们触摸不到的东西。软件依附于硬件而发挥作用，硬件因有了软件才得以灿烂。没有软件，硬件只是一个空壳，计算机不能发挥任何作用；没有硬件，软件就是无本之木、无源之水，只能变成纸上谈兵。我们不妨作一个这样的比喻：硬件好比一座房子的大架子，软件好比这座房子的内部装修及功能设置。没有房子的框架，整个房子无以支撑；没有门窗及内部功能设置，整个空房子又毫无用处。所以说，只有二者巧妙完美的结合起来，房子才会很好的发挥其作用。在世界计算机硬件业，以美国葛洛夫为首的英特尔（Intel）公司，占有主导地位。他们推出的Intel系列cpu及其他芯片产品，据有世界芯片产业百分之六、七十的市场，号称世界"芯片大王"；在软件业，以世界首富、顶级奇才、时代超人比尔
狭义上讲，计算机包括输入设备、输出设备及主机设备等几部分。输入设备包括键盘、鼠标、手写板、数码相机、扫描仪、读卡器等；输出设备包括打印机、喷绘仪、制图仪等终端设备；电脑主机包括机箱、主板、中央处理器（即CPU）、显卡、声卡、内存、硬盘、光驱、软驱、调制解调器、电视卡及各类专业软件的硬卡或加密狗。
从功能上讲，主机还可以分为运算器（相当于算盘）、存储器（相当于纸）、控制器（相当于人的脑和手）等几个部分。存储器，他是计算机的记忆装置，用来存放程序指令和数据。它又可以分为临时记忆体和永久记忆体。临时记忆体是指内存等临时性记忆介质；永久记忆体是指硬盘、软盘、光盘、U盘、磁带等永久性记忆介质。运算器，可以进行算术运算和逻辑运算。在需要进行某项运算时，由控制器发出运算命令（例如使用A和B相加），最后再将运算结果送回存储器K存起来，以便输出或下次运算时使用它。控制器，它根据程序的规定发出控制命令。程序事先存放在存储器中，它规定了操作步骤。控制器依次从存储器中取出一条条指令，对指令进行分析，然后发出适当的电讯号使计算机各部分执行相应动作。
控制器和运算器合称"中央处理器"（Central processor Unit），简称CPU，它是计算机的核心部分，俗称计算机的"大脑"。
从计算机用途上讲，计算机又可以分为家用计算机、商用计算机和工控计算机等。家用计算机一般比较注重外观，小巧玲珑、美观雅致，同时，多媒体配置比较齐全，像音箱、声卡、光驱、调制解调器等附属配件，一应俱全；与此相对应的是，商业计算机恰恰在多媒体配置方面比较简易，机箱也比较大、比较笨重，而他们的内存和硬盘相对于家用计算机来说，却要明显的加大；工控计算机一般用于专用机房或计算机工作站，有时也称服务器。他的硬盘和内存容量，相对于家用和商用计算机而言，要大几倍甚至几十、几百倍，C PU一般多于一颗，有的甚至达到几百几千颗。这类计算机一般是专为特定的工作而定制的。
从计算机规模上讲，计算机还可分为微型计算机和超级计算机。微型计算机又称个人PC机或微机，我们日常所说的所用家用或商用计算机，一般即指这款微机，微机一般拥有一块主板和一颗CPU，个别微机也会拥有一块主板和两颗CPU，只是不普及；超级计算机是一种主机电脑，按照美国的传统词典的解释，是在一定时期内可以得到一种容量最大，运行速度最快，功能最强的计算机。他拥有几百颗几千颗甚至上万颗CPU，以及一大批主板。如果说个人微机是单个计算机的话，那么超级计算机就是一群或一批个人计算机的组合。
"2002年底，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室公布了最新的全球超级计算机500强名单，日本电气公司（NEC）为日本地球模拟中心建造的超级计算机‘地球模拟器'，以每秒35.86万亿次的运算速度名列榜首。名列第二和第三的分别是美国的IBM公司和惠普公司，为洛斯阿拉莫斯国家实验室新建的两台超级计算机-‘ASCI'和‘Q'，其运算速度均为每秒7.73万亿次。
超级电脑的运算速度到底有多快？德国曼海姆大学、美国田纳西大学和美国能源部劳伦斯伯克利实验室的专家们指出，目前全球速度名列前茅的500部超级电脑中，速度最慢的，每秒钟也能运算近2000亿次。速度最快的一批电脑中，有47台每秒运算次数超过10000亿次。超级电脑冠军-日本研制的"地球模拟器"，每秒能进行的浮点运算次数接近了36万亿次，而且这还刚刚达到了其理论速度极限的87%。也就是说，它的运算还有增速的潜力。专家们同时指出，运算次数接近每秒36万亿次是个理论上的数字，在实际的应用中，往往要比理论数字低一些。"地球模拟器"中心的负责人也说，这座超级电脑在运行一套气象模型软件的时候，速度基本维持在每秒26万亿次左右。
强中更有强中手，江山代有人才出，各领风骚没几年。最近，IBM 获得了为美国能源部制造两台最快速的超级电脑合同。这两台电脑将把目前的世界冠军远远抛在后面，这也就是说，超级电脑变得更加Super。IBM的这两台新机器中，一台叫"蓝基因"，计算速度可以达到每秒360万亿次；另一台叫"ASCI紫色"，运算速度每秒100万亿次。这分别是现有最快的超级电脑的3倍到10倍。而两部电脑合起来，每秒能联合运算460万亿次。数据处理能力相当于目前世界上五百部功能最强大的超级电脑总和的1.5倍。
这些速度是什么概念呢?让我们拿个人电脑来比一比。美联社报道说，现在最快的个人电脑每秒能处理10亿条指令，而超级电脑的浮点运算要比这复杂得多，未来的"蓝基因"超级电脑处理信息的速度相当于普通家用电脑的40万倍。IBM因特网技术和战略部的负责人纳尔逊说："一些科学家说，这是有史以来电脑第一次和人脑一样对信息进行粗处理的能力。"
原子时代之初，科学家就运用计算机设计核武器，第二次世界大战时，美国研制原子弹的"曼哈顿计划"，最初用的计算机安装在新墨西哥州阿拉莫国家实验室，是需要一屋子妇女操作的手摇机，也就是人们通常所说的加法器。核武器领域高深物理学研究的需求带动了超级计算机工业的发展，随着技术不断改进，最先进的超级计算机问世后，第一台常常被美国国家武器实验室买走。而冷战结束后，原来在内华达州实地进行原子弹和核弹头的试验取消，核武器研究人员对计算机功能的需求更迫切。惠普、IBM等出口的计算机终于让科学家们如愿以偿了。IBM的"ASCI白色"超级计算机就正在利弗尔国家实验室从事模拟核爆炸和宇宙的形成、飞行器设计等军事工作。而"蓝基因"和"ASCI紫色"更能让核物理学家们梦想成真。
超级电脑"蓝基因"可以储存相当于十亿部书的信息，可以模拟各种物理现象，预测材料的性能、烈性炸药的"行为"，以及地球大气层和污染源之间的相互作用等等；可以用于气象研究，例如飓风预报，以及生物学的DNA分析。IBM的专家纳尔逊说："这一机器能够为各种实验提供准确的资料和帮助。"
根据利弗莫尔国家试验室核武器项目负责人、物理学家布鲁斯古德温的说法，另一台"ASCI古德温说："蓝基因"有如超音速战斗机，速度快但功能较少，而"紫色"计算机运算速度比"蓝基因"慢，但布鲁斯ASCI紫色"则好像功能更强，飞行速度较慢的747客机。他表示，北加州的利弗莫尔国家实验室估计，2005年才能够完全安装好这两台机器。美国能源部将用它来模拟核武器爆炸，从而无需进行备受指责的地下核试爆。
除了进行核武器模拟，超级电脑还有一个重要的军事用途就是监视那些从太空飞向地球的物体，看看它们到底是陨石、太空船、掉落的人造卫星，还是UFO不明飞行物。夏威夷的一个高性能电脑中心有一台IBM超级电脑，就是专门负责这个工作的。它能迅速地把太空望远镜拍下的模糊影像转换为清晰的移动图像，以便美国空军看出那究竟是什么。这个超级电脑每秒能运算4800亿次，比1997年打败国际象棋大师卡斯帕罗的IMB超级电脑"深蓝"要快上将近40倍。毫无疑问，随着美国导弹防御计划的推进，越来越多的超级电脑会加入现役。2003年3月20日美国挑起的入侵伊拉克战争，使用了90%以上的精确制导武器，信息中心从侦察机获取情报后，不到一分钟就能琐定目标，并发射导弹。这其中的奥秘，就是幕后专家--超级电脑在发挥作用。
军事之外，超级电脑也能造福于民，可以从事各种模型的处理。一些大公司用它来开发产品或检验产品的应用；一些政府机构用它来进行大规模试验、计算和研究；一些研究机构用它来观察气象、预测环境。这些工作涉及的因素很多，情况比较复杂，只有超级电脑才能比较容易且准确算出结果。当然，受现有技术的限制，超级电脑还不是万能的。就拿预测地震来说，即使是现在最快的超级电脑-日本的"地球模拟器"也做不到。"地球模拟器"中心的负责人就曾经表示，他希望下一代的"地球模拟器"能预测地震。
世界第一台个人计算机是个庞然大物，其体积足足要占去四间房屋的空间，而现在的个人计算机小巧玲珑，一只手即可提走。但超级电脑则不然，他比第一代电脑更庞大。在硬件结构方面，超级电脑的机身，往往不是一个，而是一群，所占地方，往往不是一点，而是一片，例如"ASCI紫色"电脑重197吨，体积相当于200个电冰箱的总和；里面有250多公里长的光纤和铜制的电缆，具有超强的存储功能。
图瑞克表示，超级电脑其实是一组组的电脑，通过软件结合起来，进而实现步调一致，如同一台电脑一样。中央处理器，也就是CPU，是计算机的大脑。超级电脑联合使用大量的CPU。有些超级电脑干脆就是一大批个人电脑组成的电脑群，他采用的是"小蚁雄兵"团体战略。IBM公司超级电脑部门的副总裁戴维
一台个人电脑一般有一至两个CPU，相比之下，"地球模拟器"采用了平行架构，使用了5000多个CPU，超级"白色"使用了8000多个CPU，而"蓝基因"将使用13万个IBM最先进的Pcwer5 CPU。"ASCI紫色"电脑使用大约12600个IBM新型CPU。
CPU那么多，难道不会出现时有失灵吗？
答案肯定是有的。IBM的专家纳尔逊说，新的电脑系统将能自动绕过失灵的部位。纳尔逊说："最大的挑战是，制造一台可以自己管理自己的电脑。我们必须研制出可以监督每个CPU健康状况的软件。在出现问题的时候，可以通过备用的CPU来完成任务，而不必关机更换CPU"
名列前茅的超级电脑造价几何？根据《纽约时报》的报道，IBM和美国能源部签订的制造超级电脑的合同价值2.9亿美元，而"地球模拟器"造价是4亿美元。上亿美元，对于任何人来说，这都不是个小数目。但为什么美国的两台更先进的超级电脑的造价，比日本的这一台超级电脑还要低呢？这是因为日本的超级电脑使用的处理器是专门为超级电脑设计的，所以比较贵。而美国的超级电脑使用的处理器是在商业上能通用的，可以批量生产的，因此相对比较便宜。
当今世界，使用和制造超级电脑最多的自然是美国。根据德国曼海姆大学、美国的田纳西大学和联邦能源部的专家在2002年底公布的关于全球前500部超级电脑的联合报告，这些电脑有46%安置在美国，其中91%是美国制造的。
全球超级电脑500强评比每半年举行一次，由美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室、田纳西大学和德国的曼海姆大学共同完成。500强的排名标准是根据全球各大超级电脑的运算能力，评选过程采用目前通行的Lipack测试方法，即由各超级电脑运行一个大家都认可的供超级电脑使用的标准程序，根据计算机运算这一程序的表现确定其Linpack速度。因此，Linpack速度测试是所有超级电脑在同一平台上的较量。
我国联想集团自行研发成功的超级电脑--"联想深腾1800超级电脑系统"，是我国首台由企业独立研发的商用万亿次高性能计算机。共有526颗英特尔高性能XEON（至强）处理器，内存为272GB，硬盘容量为6TB，机身总长14米，共有20个机柜。其运算速度为每秒1.05万亿次，在全球超级电脑中排行二十四名，这意味着中国是继美、日之后全球第三大超级电脑的研制国。
和个人电脑相比，超级电脑市场无疑非常小。那么，为什么像IBM这样的IT巨头这么卖力来研制超级电脑，参加这类"花俏"的比赛呢？伯克利国家能源实验室计算中心负责人霍斯特说：登上五百强超级电脑的排行榜首，就如同获得了奥林匹克金牌，不少公司就是用这份名单来影响他们的顾客。田纳西大学的唐加拉说："这些公司是在用这样的研究工作来获得官方资助，加快他们自身的技术发展。"唐加拉说："这是一个很好的改良产品途径。迟早这些尖端技术会渗透到我们的日常用品中。比如IBM就期待着把两台超级电脑的Power5 CPU，从2003年起，用于商用的电脑服务器中，随后再用于台式电脑。当然，还可能用于电子游戏机。IBM希望以此来换取芯片的商业应用，进而赚取丰厚的利润回报。"
计算机各部分之间的联系及运算解题过程，我们不妨图例如下
计算机为什么能处理各种不同的问题呢？这是由于人们事先对各类问题进行了分析，确定了解决问题的方法和步骤。然后根据它编写出计算机程序，而后再让计算机执行这个程序。这样才得出最后的结论。我们通常将解决问题的方法和步骤称之为"算法"，计算机解决一个问题的过程，就是实现一个算法的过程。
计算机是怎么产生的呢？追根溯源，他的鼻祖原来是古老的计算工具。
著名科普作家阿西莫夫说：人类最早的计算工具是手指。英语单词"Dight",既表示"手指"，又表示"整数数字"；而我们中国古人，则常常用"结绳"来帮助记事，"结绳"当然也可以充当计算工具。石头、手指、绳子......这些是古人用过的"计算器"。
远古时期，许多国家都不约而同地想到用"筹码"来改进计算工具。中国商周时期问世的算筹，实际上是一种竹制、木制或骨制的小棍。古人在地面或盘子里反复摆弄这些小棍，通过移动他们来进行计算。这样，就出现了"运筹"这个词，运筹就是计算，后来才派生出"筹"的词义。中国古代科学家祖冲之最先算出了圆周率小数后的第6位，使用的工具正是算筹。这个结果，即使笔算也很不容易。
算筹在使用中，一旦遇到复杂运算，常常会弄得繁杂混乱，让人感到很不方便。于是，中国人又发明了一种新式的"计算器"-珠算盘。
著名作家谢尔顿的小说《假如明天来临》，讲述了这样一个故事：骗子杰夫向经销商兜售一种袖珍计算器，并说它"价格低廉，绝无故障，节约能源，十年无需任何保养。"当商人打开包装盒一看，这台"计算器"原来是一把来自中国的算盘。这虽是一则小说里的故事，但由此也不难看出，古人很早就将算盘称之为"计算器"了。
世界四大发明发源地--黄河流域、印度河流域、尼罗河流域和幼发拉底河流域（现今的伊拉克，古巴比伦文化发源地）。先后都出现过不同形式的算盘，只是后来大多已经失传，只有中国的珠算盘一直沿用至今。
打珠算盘需要记住一套口诀，这个口诀有些相似于今天计算机的软件；珠算盘本身还可以存储数字，使用起来经济、方便，类似于今天计算机的内、外存储器；人通过大脑的思维和手的动作控制珠算盘，这又相当于计算机的控制器。由此观来，计算机的整个运算过程，十分类似于远古时代的珠算盘。珠算盘在帮助中国古代数学家取得了不少重大的科技成果，在人类计算工具史上，有着非常重要的地位。同时，他也是开启科学家对计算机创造和发明的智慧钥匙。可以毫不夸张地说，古老的珠算盘，就是我们今天电子计算机的鼻祖和雏形。
不过，有的专家推论，著名科学家帕斯卡（B.Pascal）发明的机械计算器，应该称作世界上第一台真正的计算机。
1623年，帕斯卡出生在法国一位数学家家庭，他三岁丧母，担任税务官的父亲抚养他长大成人。帕斯卡从小就显示出对科学研究的浓厚兴趣。
少年帕斯卡和父亲感情很深，他每天都看着年迈的父亲费力地计算税率税款，很想帮助做点事，可又怕父亲不放心。于是，未来的科学家想到了为父亲制做一台可以计算税款的机器。19岁那年，他发明了人类有史以来第一台机械计算机。
帕斯卡的计算机是一种系列齿轮组成的装置，外形象一个长方盒子，用儿童玩具那种钥匙旋紧发条后才能转动，能够做加法和减法。然而，即使只做加法，也有个"逢十进一"的进位问题。聪明的帕斯卡采用了一种小? ψ邮降募肿爸谩５倍ㄎ怀萋殖?转动时，棘爪便逐渐升高；一旦齿轮转到0，棘爪就"咔嚓"一声跌落下来，推动十位数的齿轮前进一档。
帕斯卡发明成功后，一连制作了50台这种被后人称为"帕斯卡加法器"的计算机，保存至今的至少还有5台。法国巴黎工艺学校，英国伦敦科学博物馆都可以看到帕斯卡计算器原型。据说在中国的故宫博物院，也保存着两台铜制的复制品，是当年外国人送给慈禧太后的礼品。"老佛爷"哪能里懂得它的奥妙，只把它当成了西方的洋玩具，藏在深宫里面。
帕斯卡是真正的天才，他在诸多领域内都有建树。后人在介绍他时，说他是数学家、物理学家、哲学家、流体动力学家和概率论的创始人。凡是学过物理的人都知道一个关于液体压强性质的"帕斯卡定律"，这个定律就是他的伟大发现并以他的名字命名的。他甚至还是文学家，其文笔优美的散文在法国极负盛名。可惜，长期从事艰苦的研究损害了他的健康，1662年帕斯卡英年早逝，年仅39岁。他留给了世人一句至理名言："人好比是脆弱的芦苇，但是他又是有思想的芦苇"。
全世界" 有思想的芦苇"，尤其是计算机领域的后来者，都不会忘记帕斯卡在混沌中点燃的亮光。1971年发明的一种程序设计语言-PASCAL语言，就是为了纪念这位先驱，使帕斯卡的英名常留在电脑长河里。
