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微型計算機系統

標籤:計算機系統

簡稱「微機系統」。由微型計算機、顯示器、輸入輸出設備、電源及控制面板等組成的計算機系統。配有操作系統、高級語言和多種工具性軟體等。

1簡介

微型計算機系統簡稱「微機系統」。是由微型計算機、顯示器、輸入輸出設備、電源及控制面板等組成的計算機系統。配有操作系統、高級語言和多種工具性軟體等。
「微機系統」是20世紀最重要的科技成果之一。它是一種能自動、高速、精確地處理信息的現代化電子設備,計算機具有算術運算和邏輯判斷能力,並能通過預先編好的程序來自動完成數據的加工處理,因此,也可以說計算機也是一種幫助人類從事腦力勞動(包括記憶、計算、分析、判斷、設計、諮詢、診斷、決策、學習和創造等思維活動)的工具。現在,計算機的應用已深入到社會的各個角落,極大地改變著人們的工作、學習和生活方式,成為信息時代的主要標誌。

2發展

計算機從誕生到現在不過半個多世紀, 但是它的發展速度是驚人的, 它把人 類的計算速度提高了數千億倍。計算機的發展先後經歷了電子管、 晶體管、 大規模集成電路和超大規模集成電路為主要器件的四個發展時代。 預計在不久的將來,將誕生以超導器件、電子模擬、集成光路等技術支撐的第五代計算機。計算機總的發展趨勢是朝著巨型化、微型化、網路化、智能化、多媒體化發展。1946年2月,在美國賓夕法尼亞大學誕生了世界上第一台計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)。這台計算機由電子管組成,每秒可進行5000次的加法運算,而且採用了著名的數學家馮·諾依曼(Von.Neumann,美籍匈牙利人) 的「存儲程序」 的設計思想, 即採用二進位計算、存儲程序並在程序控制下自動執行的思想。以後,這種模式的計算機被稱為「馮 · 諾依曼機」 。 計算機發展至今, 一直沿用「存儲程序」 的思想。這是計算機科學發展史上的一個重要里程碑,它奠定了計算機發展的科學基礎。
第2代計算機
晶體管數字計算機(1958—1964年);硬體方面,邏輯元件採用晶體管,主存儲器採用磁芯,外存儲器採用磁碟。軟體方面出現了以批處理為主的操作系統、高級語言及其編譯程序。應用領域以科學計算和事務處理為主,並開始進入工業控制領域。特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高(一般為每秒數十萬次,可高達300萬次)、性能比第1代計算機有很大的提高。
第4代計算機
大規模集成電路計算機(1970年至今);硬體方面,邏輯元件採用大規模和超大規模集成電路(LSI和VLSI)。軟體方面出現了資料庫管理系統、網路管理系統和面向對象語言等。特點是1971年世界上第一台微處理器在美國矽谷誕生,開創了微型計算機的新時代。應用領域從科學計算、事務管理、過程式控制制逐步走向家庭。
硬體部分
1、中央處理器
中央處理器(Central Processing Unit,CPU)製作在一塊集成電路晶元上,也成為微處理器(Micro Processor Unit,MPU)。計算機利用中央處理器處理數據,利用存儲器來存儲數據。CPU是計算機硬體的核心,主要包括運算器和控制器兩大部分,控制著整個計算機系統的工作。計算機的性能主要取決於CPU的性能。
運算器又稱為算術邏輯單元(Arithmetic Logic Unit,ALU)。操作時,控制器從存儲器取出數據,運算器進行算術運算或邏輯運算,並把處理后的結果送回存儲器。
控制器的主要作用是使整個計算機能夠自動的運行。執行程序時,控制器從主存中取出相應的指令數據,然後向其他功能部件發出指令所需的控制信號,完成相應的操作,再從主從中取出下一條指令執行,如此循環,直到程序完成。
2、存儲器
存儲器是計算機中的記憶存儲部件。存儲器既能夠接受和保存數據,又能夠向其他部件提供數據。存儲器分為內存和外存兩大類。
在計算機系統中,習慣上把內存、CPU合稱為主機。
(1)內存
內存儲器分為隨機讀/寫存儲器(Random Access Memory,RAM)、只讀存儲器(Read OnlyMemory,ROM)和高速緩衝存儲器(Cache)三類。內存一般指的是RAM。
(2)外存儲器
外存儲器主要包括硬碟、光碟、U盤和移動硬碟等。
3、輸入設備
輸入設備主要包括鍵盤、滑鼠等。
(1)鍵盤
鍵盤是計算機的標準輸入設備。通過鍵盤可以向計算機輸入各種指令、程序、數據等。
(2)滑鼠
滑鼠是微機的標準輸入設備,使用滑鼠可以方便地對圖形界面中的圖標和菜單等進行可視化操作。目前微機上使用的主要是第2代光電滑鼠,採用即插即拔的USB介面。
4、輸出設備
輸出設備主要有顯示器和印表機等。
(1)顯示器
顯示器是微機必備的「軟拷貝」輸出設備,比較常見的是陰極射線管顯示器(Cathode Ray Tube,CRT)和液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)
(2)印表機
印表機是微機的常用的「硬拷貝」輸出設備。在顯示器上輸出的圖像只能當時查看。為了將圖像長久保存,就需要使用印表機輸出。

軟體部分

硬體是組成計算機的基礎,軟體才是計算機的靈魂。計算機的硬體系統上只有安裝了軟體后,才能發揮其應有的作用。使用不同的軟體,計算機可以完成各種不同的工作。配備上軟體的計算機才成為完整的計算機系統。
針對某一需要而為計算機編製的指令序列成為程序。程序連同有關的說明文檔構成軟體。微型計算機系統的軟體分為兩大類,即系統軟體和應用軟體。系統軟體支持機器運行,應用軟體滿足業務需求。
1、系統軟體
系統軟體是指由計算機生產廠或「第三方」為管理計算機系統的硬體和支持應用軟體運行而提供的基本軟體,最常用的有操作系統、程序設計語言、資料庫管理系統、聯網及通信軟體等。
(1)操作系統
操作系統(Operating System,OS)是微機最基本、最重要的系統軟體。它負責管理計算機系統的各種硬體資源(例如CPU、內存空間,磁碟空間、外部設備等),並且負責將用戶對機器的管理命令轉換為機器內部的實際操作。例如WIndowsXP、Windows2000等。
(2)程序設計語言
計算機語言分為機器語言、彙編語言和高級語言。機器語言的運算效率是所有語言中最高的;彙編語言是「面向機器」的語言;高級語言不能直接控制計算機的各種操作,編譯程序產生的目標程序往往比較龐大、程序難以優化,所以運行速度較慢。
(3)資料庫管理系統
資料庫管理系統(DateBase Management System,DBMS)是安裝在操作系統之上的一種對數據進行統一管理的系統軟體,主要用於建立、使用和維護資料庫。微機上比較著名的資料庫管理系統有Access、Oracle、SQL server、Sybase等。Access是小型資料庫管理系統,適合於一般的商務活動,而SQL Server是大型資料庫管理系統,適用於中小企業的業務應用。
(4)聯網和網路管理系統軟體
網路上的信息資源要比單機上豐富得多,因此出現了專門用於聯網和網路管理系統軟體。例如著名的網路操作系統NetWare、UNIX、Linux、WindowsNT等。
2、應用軟體
應用軟體是指除了系統軟體以外,利用計算機為解決某類問題而設計的程序的集合,主要包括信息管理軟體、輔助設計軟體、實時控制軟體等。
(1)辦公軟體
微型計算機的一個很重要的工作就是日常辦公,微軟開發的Office2003辦公軟體包含WOrd文字處理軟體、電子表格Excel、演示文稿PowerPoint和資料庫管理系統Access等組件。這些組件協同使用,基本可以滿足日常辦公的也許需要。
(2)工具軟體
常用的工具軟體有壓縮/解壓縮工具、殺毒工具、下載工具、數據備份與恢復工具、多媒體播放工具以及網路聊天工具等。例如Winrar、Winzip、Rising、Ghost、Thunder、QQ等。
(3)信息管理軟體
信息管理軟體用於對信息進行輸入、存儲、修改、檢索等,例如工資管理軟體、人事管理軟體、倉庫管理軟體等。這種軟體一般需要資料庫管理系統進行後台支持,使用可視化高級語言進行前台開發,形成客戶機/伺服器(Cliet/Server,C/S)或瀏覽器/伺服器(Browse/Server,B/S)體系結構,簡稱MIS(Management Information System,MIS)。
(4)輔助設計軟體
輔助設計軟體用於高效地繪製、修改工程圖紙,進行設計中的常規計算,幫助用戶尋求好的設計方案,例如二維繪圖設計、三維幾何造型設計等。這種軟體一般需要AutoCAD和程序設計語言、資料庫管理系統等的支持。
(5)實時控制軟體
實施控制軟體用於隨時獲取生產裝置、飛行器等的運行狀態信息,並以此為依據按預定的方案對其實施自動或半自動控制。這種軟體需要彙編語言或C語言的支持。

3主要特點

1) 體積小、質量輕、功耗低;由於微機中廣泛採用了大規模和超大規模集成電路,從而使微機的體積大大縮小。例如PentiumII將750萬個晶體管電路僅集成在130.9mm²晶元面積上,它工作在266MHz主時鐘頻率下的功耗僅為38.2W。隨著超大規模集成電路技術的不斷發展,今後推出的微處理器集成度會更高。
2) 可靠性高、使用環境要求低由於微機採用大規模和超大規模集成電路,系統內使用的器件數量減少,器件、部件之間的連線以及接插件數目也相應地減少,而且MOS電路本身工作所需的功耗也很低,所以微機的可靠性大大提高。進而降低了對使用環境的要求。普通家庭、辦公室環境就可滿足要求,促進了微機的普及。
3) 結構簡單、系統設計靈活、適應性強、使用方便微機多採用模塊化的硬體結構,構成系統的各功能部件和各種適配器通過標準的匯流排插槽相連, 增加了系統擴充的靈活性和方便性。現代微處理器晶元及其相應的支持邏輯、I/O介面等都有標準化、系列化的產品,用戶可根據不同的應用要求選擇不同的功能部件, 而且功能性強使用方便,加速了微機的應用和普及。
4) 應用軟體的配置豐富軟體是計算機的靈魂, 從系統軟體到應用軟體可方便地構成不同規模的微機系統,從而使微機具有很強的適應性。
5) 性能價格比高性能價格比是指機器性能與售價之比,是衡量產品性能優劣的一個綜合指標。 許多高性能的微機的性能已經達到或超過了中小計算機甚至大型計算機、工作站的水平,但其價格要比它們低很多。微機優良的性能價格比是其能廣泛應用基礎,同時又進一步促進了微機技術的發展。

4應用

由於微機具有體積小、價格低、耗電少等優點, 所以它的應用範圍十分廣闊。 歸納起來, 目前有如下幾個應用領域。
1、科學計算
許多現代微型計算機系統具有較強的運算能力,這是在過去只有大、中、小型機才具有的。特別是多個微處理器構成的系統,其功能往往可與大型機相匹敵,而成本卻低到足以使大型機趨於淘汰。比如,美國Seguent公司用30個Intel 80386集合起來,構成Symmetry計算機,速度為120 MIPS,達到IBM 3090系列最高檔大型機的性能,價格卻不到後者的十分之一。用更多的微處理器構成的并行處理機甚至可以超過大型機的速度和性能。比如,Intel 公司用128個微處理器構成的IPSC機,速度達512 MIPS,這比任何一種商用大型機的速度都高。Intel 公司用一台32個微處理器構成的IPSC機運行一個廣泛使用的科學計算程序,結果比Cray公司的大型機X-MP/2快40%。
2、信息處理和事務管理
短時間內完成對大量信息的處理是信息時代的必然要求。微型計算機配上資料庫管理軟體以後,可以很靈活地對各種信息按不同的要求進行分類、檢索、轉換、存儲和列印,加上一些專用部件(如感測器)后,還可以處理光、熱、力、聲等物理信號。
3、過程式控制制
過程式控制制是微機系統應用最多,也是最有效的方面之一。現在,在製造工業和日用品生產廠家中都可以看到微機控制的自動化生產線,微機在這些部門的應用為生產能力和產品質量的迅速提高開闢了廣闊前景。
4、儀器儀錶控制
在儀器儀錶,特別是電子設備中,已逐步用微處理器取代了傳統的機械部件或分離的電子部件,這大大提高了產品的性能/價格比。此外,微處理器的應用還導致了一些新儀器——智能儀器的誕生。如智能示波器、邏輯分析儀等,它使得人們能同時觀察眾多的信號波形及它們之間的時序關係。在醫學領域,出現了以微處理器為核心控制部件的CT掃描儀、超聲掃描儀等智能化的醫療設備,這就大大提高了對疾病的確診速度和確診率。
5、計算機輔助教學、輔助設計等
隨著微機系統軟、硬體的不斷豐富,逐步改善著人們的生活和生產方式。比如,用微機輔助設計(CAD)機械、電子等產品,可以降低成本、縮短研製周期;用微機輔助測試(CAT)數字設備、集成電路性能指標或檢查設備故障等,可以節約測試時間、提高測試準確率及避免重大事故的發生;用微機輔助教學(CAI),可提高學習者的學習興趣和學習效率。目前各高校都在建設越來越多的多功能教室,改變著傳統的教育方法;此外,在日常生活中也在不斷湧現輔助服裝設計(客體服裝設計)、電腦選髮型等用微機提供的各種全新的服務項目。
6、計算機網路與通信
計算機網路是指把若干台地理位置不同,且具有獨立功能的計算機通過通信設備和線路互連起來,以實現信息傳輸和資源共享的一種計算機系統。
計算機技術和通信技術的迅速發展與緊密結合使計算機不僅用於科學計算、工業控制等,也更多的用於信息的收集、加工、處理和傳輸。計算機網路使人們能將計算機「群集」起來,快速而有效的發揮系統的整體效益。Internet功能的不斷增加和用戶的不斷擴充,使地球變為一個村莊。微機作為信息高速公路(一種高速信息網路體系)的終端其功能是電話、電視、多媒體電腦彙集而成的「家庭信息中心」,它是一個新的高技術浪潮,在它的衝擊下,我們的生活方式和工作方式都將改變。

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