计算机
计算机（computer，亦稱電腦）是一种能够根据存储的程序指令自动处理数据、进行算术和逻辑运算，并输出结果的电子设备。其系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括中央处理器、存储器、输入输出设备等，软件则分为系统软件和应用软件[1]。自20世纪中叶诞生以来，计算机从最初的军用数值计算工具发展为通用信息处理平台，成为信息时代的核心基础设施之一，广泛应用于科学计算、商业数据处理、工业控制与人工智能等领域[1]。
| 计算机 | |
|---|---|
| 中文名 | 计算机 |
| 外文名 | computer |
| 別名 | 电脑 |
| 组成 | 硬件系统、软件系统 |
| 分类 | 超级计算机、大型计算机、个人计算机、嵌入式计算机等 |
| 主要应用 | 科学计算、数据处理、过程控制、人工智能等 |
| 涉及学科 | 计算机科学、计算机工程等 |
计算机的发展历经了从机械式计算设备到现代电子计算机的演变。
早期计算辅助工具包括算盘等手动装置。17世纪，机械计算器出现：1642年布莱兹·帕斯卡发明了齿轮式加法器，此后戈特弗里德·莱布尼茨研制出可进行乘除运算的步进计算器[1]。19世纪，查尔斯·巴贝奇设计了分析机，其程序存储的思想成为现代计算机的理论先导[1]。
20世纪40年代，电子计算机问世。1946年，宾夕法尼亚大学完成的ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）通常被认为是世界上第一台通用电子计算机[1]。随后，冯·诺依曼等人提出了“存储程序控制”架构，将程序指令和数据一同存放在存储器中，由中央处理器顺序读取执行——这一原理奠定了绝大多数现代计算机的设计基础[1]。
根据核心电子器件的更新，计算机发展经历多代演进。第一代使用电子管，体积庞大且能耗高；第二代采用晶体管，显著缩小了体积并降低功耗；第三代开始使用中小规模集成电路；第四代及以后大规模和超大规模集成电路使得整个中央处理器可集成于单块芯片上，推动了个人计算机的普及[1]。目前计算机继续向更高性能、更低功耗和多样化形态（如可穿戴设备、嵌入式系统）发展。
计算机可按不同维度分类。
- 超级计算机：用于处理极端复杂的科学计算任务，如气象模拟、基因分析、核物理仿真等。
- 大型计算机：支持大规模并发事务处理，常见于银行、保险、大型企业的核心交易系统。
- 小型计算机：服务于中等规模的部门或机构。
- 微型计算机：即个人电脑（PC），包括台式机、笔记本电脑、平板电脑等，广泛用于办公、学习和娱乐[1]。
- 数字计算机与模拟计算机：前者处理离散的二进制数据，是当前主流；后者处理连续变化的物理信号。
- 通用计算机与专用计算机：通用计算机可运行多种软件，专用计算机则为特定任务（如嵌入式控制器）优化。
- 嵌入式计算机：隐藏在各类设备内部（如汽车、家电、工业机器）中的专用计算系统。
一个完整的计算机系统由硬件和软件两大部分构成。
硬件指计算机系统中所有物理部件，主要包括：
- 中央处理器（Central Processing Unit，CPU）：执行指令的核心部件，内部包含运算器、控制器和寄存器。
- 存储器：分为内部存储器（内存）和外部存储器（硬盘、固态硬盘等）。内存用于临时存放CPU正在处理的数据，外部存储器用于长期保存程序和数据[1]。
- 输入设备：如键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等。
- 输出设备：如显示器、打印机、音响等。
- 主板与总线：连接各硬件并传送数据与指令。
软件是程序、数据和文档的集合，用于指挥硬件完成特定任务：
- 系统软件：管理硬件资源并为应用软件提供运行环境。操作系统是核心（如Windows、Linux、macOS），此外还包括驱动程序、编译程序、数据库管理系统等。
- 应用软件：面向具体任务的程序，如文字处理软件、电子表格、浏览器、图像处理软件、游戏等。
- 科学计算：解决复杂的数学和工程问题，是计算机最早的应用方向之一。
- 数据处理与信息管理：进行大量数据的存储、检索、统计和管理，应用于银行交易、企业资源计划、政务系统等。
- 过程控制：在工业生产线、电力系统、交通信号等场景中，计算机实时采集数据并控制执行设备。
- 计算机辅助技术：CAD/CAM等工具辅助工程设计与制造。
- 人工智能：运用机器学习、自然语言处理等方法，实现图像识别、自动驾驶、智能推荐等先进功能。
- 网络与通信：通过互联网和内联网实现全球范围内的信息交换与协同工作。