通用計算機系統

按人的要求接收和存儲信息，自動進行數據處理和計算，並輸出結果信息的機器系統。通用計算機通用計算機是腦力的延伸和擴充，是近代科學的重大成就之一。

通用計算機系統由硬件（子）系統和軟件（子）系統組成。前者是藉助電、磁、光、機械等原理構成的各種物理部件的有機組合，是系統賴以工作的實體。後者是各種程序和文件，用於指揮全系統按指定的要求進行工作。

自1946年第一台電子通用計算機問世以來，通用計算機技術在元件器件、硬件系統結構、軟件系統、應用等方面，均有驚人進步。現代通用計算機系統小到微型通用計算機和個人通用計算機，大到巨型通用計算機及其網絡，形態、特性多種多樣，已廣泛用於科學計算、事務處理和過程控制，日益深入社會各個領域，對社會的進步產生深刻影響。

電子通用計算機分數字和模擬兩類。通常所説的通用計算機均指數字通用計算機，其運算處理的數據，是用離散數字量表示的。而模擬通用計算機運算處理的數據是用連續模擬量表示的。模擬機和數字機相比較，其速度快、與物理設備接口簡單，但精度低、使用困難、穩定性和可靠性差、價格昂貴。故模擬機已趨淘汰,僅在要求響應速度快,但精度低的場合尚有應用。把二者優點巧妙結合而構成的混合型通用計算機，尚有一定的生命力。

通用計算機系統的特點是能進行精確、快速的計算和判斷,而且通用計算機性好,使用容易，還能聯成網絡。①計算：一切複雜的計算，幾乎都可用通用計算機通過算術運算和邏輯運算來實現。②判斷：通用計算機有判別不同情況、選擇作不同處理的能力,故可用於管理、控制、對抗、決策、推理等領域。③存儲：通用計算機能存儲巨量信息。④精確：只要字長足夠，計算精度理論上不受限制。⑤快速：通用計算機一次操作所需時間已小到以納秒計。⑥通用計算機：通用計算機是可編程的，不同程序可實現不同的應用。⑦易用：豐富的高性能軟件及智能化的人-機接口,大大方便了使用。⑧聯網：多個通用計算機系統能超越地理界限，藉助通信網絡，共享遠程信息與軟件資源。

計算機系統可按系統的功能、性能或體系結構分類。 ① 專用機與通用機:早期計算機均針對特定用途而設計, 具有專用性質。60年代起, 開始製造兼顧科學計算、事務處理和過程控制三方面應用的通用計算機。特別是系列機的出現，標準文本的各種高級程序語言的採用,操作系統的成熟,使一種機型系列選擇不同軟件、硬件配置，就能滿足各行業大小用户的不同需要，進一步強化了通用性。但特殊用途的專用機仍在發展，例如連續動力學系統的全數字仿真機，超微型的空間專用計算機等。

② 巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機:計算機是以大、中型機為主線發展的。60年代末出現小型計算機,70年代初出現微型計算機,因其輕巧、價廉、功能較強、可靠性高，而得到廣泛應用。70年代開始出現每秒可運算五千萬次以上的巨型計算機，專門用於解決科技、國防、經濟發展中的特大課題。巨、大、中、小、微型機作為計算機系統的梯隊組成部分,各有其用途,都在迅速發展。

③ 流水線處理機與並行處理機:在元件、器件速度有限的條件下，從系統結構與組織着手來實現高速處理能力,成功地研製出這兩種處理機。它們均面向ɑiθbi=ci（i=1，2，3，…,n；θ為算符）這樣一組數據（也叫向量）運算。流水線處理機是單指令數據流(SISD)的，它們用重疊原理，用流水線方式加工向量各元素，具有高加工速率。並行處理機是單指令流多數據流(SIMD)的，它利用並行原理,重複設置多個處理部件,同時並行處理向量各元素來獲得高速度(見並行處理計算機系統)。流水和並行技術還可結合，如重複設置多個流水部件，並行工作，以獲得更高性能。研究並行算法是發揮這類處理機效率的關鍵。在高級程序語言中相應地擴充向量語句，可有效地組織向量運算；或設有向量識別器，自動識別源程序中的向量成分。

一台普通主機(標量機)配一台數組處理器（僅作高速向量運算的流水線專用機）,構成主副機系統,可大大提高系統的處理能力，且性能價格比高，應用相當廣泛。

④　多處理機與多機系統、分佈處理系統和計算機網：多處理機與多機系統是進一步發展並行技術的必由之路，是巨型、大型機主要發展方向。它們是多指令流多數據流(MIMD)系統,各機處理各自的指令流(進程),相互通信，聯合解決大型問題。它們比並行處理機有更高的並行級別，潛力大,靈活性好。用大量廉價微型機,通過互連網絡構成系統，以獲得高性能，是研究多處理機與多機系統的一個方向。多處理機與多機系統要求在更高級別（進程）上研究並行算法，高級程序語言提供併發、同步進程的手段，其操作系統也大為複雜，必須解決多機間多進程的通信、同步、控制等問題。

分佈系統是多機系統的發展，它是由物理上分佈的多個獨立而又相互作用的單機，協同解決用户問題的系統，其系統軟件更為複雜（見分佈計算機系統）。

現代大型機幾乎都是功能分佈的多機系統，除含有高速中央處理器外，有管理輸入輸出的輸入輸出處理機（或前端用户機）、管理遠程終端及網絡通信的通信控制處理機、全系統維護診斷的維護診斷機和從事數據庫管理的數據庫處理機等。這是分佈系統的一種低級形態。

多個地理上分佈的計算機系統，通過通信線路和網絡協議，相互聯絡起來，構成計算機網。它按地理上分佈的遠近，分為局部（本地）計算機網和遠程計算機網。網絡上各計算機可相互共享信息資源和軟硬件資源。訂票系統、情報資料檢索系統都是計算機網應用的實例。

⑤　諾伊曼機與非諾伊曼機：存儲程序和指令驅動的諾伊曼機迄今仍佔統治地位。它順序執行指令，限制了所解問題本身含有的並行性，影響處理速度的進一步提高。突破這一原理的非諾伊曼機，就是從體系結構上來發展並行性，提高系統吞吐量，這方面的研究工作正在進行中。由數據流來驅動的數據流計算機以及按歸約式控制驅動和按需求驅動的高度並行計算機，都是有發展前途的非諾伊曼計算機系統。