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微機,微型計算機的簡稱,也稱作微型機、微電腦,是由大規模集成電路組成的、體積較小的電子計算機。它是以微處理器為基礎,配以內存儲器及輸入輸出(I/0)介面電路和相應的輔助電路而構成的裸機。特點是體積小、靈活性大、價格便宜、使用方便。

1 微機 -概述

微機,即微型計算機。微型計算機將運算器和控制器集成在一個晶元上組成微處理器。微型計算機和與其它類型計算機的主要區別在於微型計算機廣泛採用了集成度相當高的電子元件和獨特的匯流排(Bus)結構。微型計算機目前得到了廣泛的應用。

2 微機 -組成

微型計算機由微處理器、內存儲器、輸入/輸出介面電路和系統匯流排組成。微處理器像是微機的心臟,其性能決定了整個微機的各項關鍵指標。輸入/輸出介面電路是主機與外部設備連接的邏輯控制設備。匯流排為CPU和其他設備之間提供數據、地址和控制信息的傳輸通道。
從外觀上看,一台微機由主機箱、顯示器、鍵盤和滑鼠組成,有時還配有印表機、掃描儀等其他外部設備,而且一些新型外部設備還在不斷湧現。在主機箱內,有主板、匯流排擴展槽和輸入輸出介面(顯示適配卡、音效卡、網卡等)、CPU、內存儲器、外存儲器(軟盤驅動器、硬碟驅動器、CD-ROM驅動器)等設備。

3 微機 -發展概況

從上世紀五十年代誕生第一台電子計算機以來,計算機的發展很快,不僅有運算速度高達萬億次的并行計算機,也有應用於學習和實驗室工作的微機,還有廣泛應用於工業生產和人們日常生活的嵌入式微處理器和系統。 又叫PC機。嚴格意義來講,微機並不等同於電子計算機,也不等同於PC機,但是在中國,卻可以被稱作PC機、電腦。因為,電子計算機發明之始,一般均呈巨型機形態,微型機只是在80年代后在全球流行,進入中國大規模流行則是在1992年以後。因此,中國的微機可以用來代替計算機、電腦這些名稱。

4 微機 -歷史

1943 年美國為解決複雜的導彈計算而開始研製電子計算機。 1946 年 2 月,由美國賓夕法尼亞大學莫爾學院的物理學博士莫克利和電氣工程師埃克特領導的研製小組,研製成了世界上第一台數字式電子計算機 ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Calculator )。這台計算機使用了約 18000 個電子管、 1500 個繼電器,耗電量達 150kW ,佔地面積 167m 2 ,重量約 30 噸,計算速度每秒 5000 次,採用字長 10 位的十進位計數方式,編程通過接插線進行。
1944 年,著名的數學家馮·諾依曼獲知 ENIAC 的研製,在以後的 10 個月里,他參加了為改進 ENIAC 而舉行的一系列專家會議,研究了新型計算機的系統結構。在由他執筆的報告里,提出了採用二進位計算、存儲程序,並在程序控制下自動執行的思想。按照這一思想,新機器將由運算、控制、存儲、輸入、輸出等五個部件構成,報告還描述了各部件的職能和相互間的聯繫,以後這種模式的計算機稱為馮·諾依曼機,如圖 1.2 所示。
運算器是計算機對各種數據進行運算,對各種信息進行加工、處理的部件,是計算機數據處理的中心。
存儲器是計算機存放各種數據、信息和程序的部件,不管是原始輸入待處理的數據、中間運算結果、還是待輸出的最終結果以及計算機執行的程序代碼,都存放在存儲器中,存儲器又分為主存儲器(又稱內存)和輔助存儲器(又稱外存)。
輸入設備為計算機輸入各種原始信息,包括:數據、程序和文字等,並將他們轉換成計算機能識別的二進位代碼。常用的輸入設備有鍵盤、滑鼠、掃描儀、手寫板及數碼相機等。
輸出設備將計算機運算處理的各種結果送出供判讀和識別。常用的輸出設備有顯示器、印表機、音箱等。
輸入、輸出設備是人機交互的設備,統稱為外部設備,簡稱外設。
控制器對程序代碼進行解釋併產生各種控制信號,從而進一步控制計算機中的各個部件的協調運行。程序代碼是程序員根據具體要求而編製的。
1949 年,英國劍橋大學的威爾克斯等人在 EDSAC ( Electronic Delay Storage Automatic Calculator )機上實現了這種模式。時至今日,電子計算機的發展已經經歷了四代,雖在技術上不斷發展和完善,但基於馮·諾依曼機的基本結構仍未有大的改變。

5 微機 -發展四個階段

第一代( 1946 ~ 1957 ),以電子管為邏輯部件,以陰極射線管、磁芯和磁鼓等為存儲手段。軟體上採用機器語言,後期採用彙編語言。
第二代( 1958 ~ 1965 ),以晶體管為邏輯部件,內存用磁芯,外存用磁碟。軟體上廣泛採用高級語言,並出現了早期的操作系統。
第三代( 1966 ~ 1971 ),以中小規模集成電路為主要部件,內存用磁芯、半導體,外存用磁碟。軟體上廣泛使用操作系統,產生了分時、實時等操作系統和計算機網路。
第四代( 1971 至今),以大規模、超大規模集成電路為主要部件,以半導體存儲器和磁碟為內、外存儲器。在軟體方法上產生了結構化程序設計和面向對象程序設計的思想。另外,網路操作系統、資料庫管理系統得到廣泛應用。微處理器和微型計算機也在這一階段誕生並獲得飛速發展。

6 微機 -微型計算機發展

微型計算機的發展主要表現在其核心部件——微處理器的發展上,每當一款新型的微處理器出現時,就會帶動微機系統的其它部件的相應發展,如微機體系結構的進一步優化,存儲器存取容量的不斷增大、存取速度的不斷提高,外圍設備性能的不斷改進以及新設備的不斷出現等。
根據微處理器的字長和功能,可將微型計算機的功能劃分為以下幾個階段:
第一階段( 1971 ~1973 年)是4 位和8 位低檔微處理器時代。通常稱為第一代,其典型產品是 Intel4004 和 Intel8008 微處理器和分別由它們組成的 MCS-4 和 MCS-8 微機。基本特點是採用 PMOS 工藝,集成度低(£4000 個晶體管 / 片),系統結構和指令系統都比較簡單,主要採用機器語言或簡單的彙編語言,指令數目較少(20 多條指令),基本指令周期為20 ~50 μ s ,用於家電和簡單的控制場合。
第二階段( 1974 ~1977 年)是8 位中高檔微處理器時代。通常稱為第二代,其典型產品是 Intel8080/8085 、 Motorola 公司的MC6800 、Zilog 公司的 Z80 等,以及各種 8 位單片機,如 Intel 公司的 8048 、Motorola 公司的 MC6801 、 Zilog 公司的 Z8 等。它們的特點是採用 NMOS 工藝,集成度提高約 4 倍,運算速度提高約 10~15 倍(基本指令執行時間1 ~ 2 μ s ),指令系統比較完善,具有典型的計算機體系結構和中斷、DMA 等控制功能。軟體方面除了彙編語言外,還有 BASIC 、 FORTRAN 等高級語言和相應的解釋程序和編譯程序,在後期還出現了操作系統,如 CM/P 就是當時流行的操作系統。
第三階段(1978 ~1984 年)是 16 微處理器時代。通常稱為第三代,其典型產品是 Intel 公司的 8086/8088 、 80286 , Motorola 公司的 M68000 , Zilog 公司的 Z8000 等微處理器。其特點是採用 HMOS 工藝,集成度( 20000~70000 晶體管 / 片)和運算速度(基本指令執行時間是 0.5 μ s )都比第二代提高了一個數量級。指令系統更加豐富、完善,採用多級中斷、多種定址方式、段式存儲機構、硬體乘除部件,並配置了軟體系統。
這一時期的著名微機產品有 IBM 公司的個人計算機 PC ( Personal Computer )。 1981 年推出的IBM PC 機採用 8088 CPU 。緊接著 1982 年又推出了擴展型的個人計算機 IBM PC/XT ,它對內存進行了擴充,並增加了一個硬磁碟驅動器。 1984 年 IBM 推出了以 80286 處理器為核心組成的 16 位增強型個人計算機 IBM PC/AT 。由於 IBM 公司在發展 PC 機時採用了技術開放的策略,使 PC 機風靡世界。
第四階段( 1985 ~ 1992 年)是 32 位微處理器時代,又稱為第四代。其典型產品是 Intel 公司的 80386/80486 , Motorola 公司的 M68030/68040 等。其特點是採用 HMOS 或 CMOS 工藝,集成度高達 100 萬晶體管 / 片,具有 32 位地址線和 32 位數據匯流排。每秒鐘可完成 600 萬條指令( MIPS , Million Instructions Per Second )。微機的功能已經達到甚至超過超級小型計算機,完全可以勝任多任務、多用戶的作業。同期,其他一些微處理器生產廠商(如 AMD 、 TEXAS 等)也推出了 80386/80486 系列的晶元。
第五階段( 1993 年以後)是奔騰( Pentium )系列微處理器時代,通常稱為第五代。典型產品是 Intel 公司的奔騰系列晶元及與之兼容的AMD 的K6 系列微處理器晶元。內部採用了超標量指令流水線結構,並具有相互獨立的指令和數據高速緩存。隨著 MMX ( Multi Media eXtended )微處理器的出現,使微機的發展在網路化、多媒體化和智能化等方面跨上了更高的台階。2000 年 3 月,AMD 與 Intel 分別推出了時鐘頻率達 1GHz 的 Athlon 和 Pentium III 。 2000 年 11 月, Intel 又推出了 Pentium Ⅳ微處理器,集成度高達每片 4200 萬個晶體管,主頻 1.5GHz , 400MHz 的前端匯流排,使用全新 SSE 2 指令集。 2002 年 11 月, Intel 推出的 Pentium Ⅳ微處理器的時鐘頻率達到 3.06GHz ,而且微處理器還在不斷地發展,性能也在不斷提升。  

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