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| 微型计算机 |
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中文名:微型计算机 外文名:Microcomputer 领 域:计算机 简 称:微机 组 成:由大规模集成电路组成的 基 础:以微处理器为基础 |
微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出（I/0）接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机 。 [1]
微型计算机简介
微型计算机简称微机，俗称电脑，其准确的称谓应该是微型计算机系统。它可以简单地定义为：在微型计算机硬件系统的基础上配置必要的外部设备和软件构成的实体 。
微型计算机组成
微型计算机系统从全局到局部存在三个层次：微型计算机系统、微型计算机、微处理器（CPU）。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的信息处理系统，才具有实用意义 。
一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统由运算器、控制器、存储器（ 含内存、外存和缓存）、各种输入输出设备组成，采用“ 指令驱动”方式工作 。
微型计算机 软件系统可分为系统软件和应用软件。系统软件是指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件。它主要包括：操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统以及各种工具软件等。其中操作系统是系统软件的核心，用户只有通过操作系统才能完成对计算机的各种操作。应用软件是为某种应用目的而编制的计算机程序，如文字处理软件、图形图像处理软件、网络通信软件、财务管理软件、CAD软件、各种程序包等 。
微型计算机特点
微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。自1981年美国IBM公司推出第一代微型计算机IBM-PC以来，微型机以其执行结果精确、处理速度快捷、性价比高、轻便小巧等特点迅速进入社会各个领域，且技术不断更新、产品快速换代，从单纯的计算工具发展成为能够处理数字、符号、文字、语言、图形、图像、音频、视频等多种信息的强大多媒体工具。如今的微型机产品无论从运算速度、多媒体功能、软硬件支持还是易用性等方面都比早期产品有了很大飞跃 。
微型计算机分类
工作站是一种高端的通用微型计算机，以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，是为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。它属于一种高档的计算机，一般拥有较大的屏幕显示器和大容量的内存和硬盘，也拥有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能 。
服务器 服务器专指某些高性能计算机，能通过网络对外提供服务。相对于普通计算机来说，稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通计算机有所不同。服务器是网络的结点，存储、处理网络上80%的数据和信息，在网络中起到举足轻重的作用。服务器是为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机，其高性能主要表现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。服务器的构成与普通计算机类似，也有处理器、硬盘、内存、系统总线等，但因为它是针对具体的网络应用特别定制的，因而服务器与微型机在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面存在很大差异。服务器主要有网络服务器(DNS、DHCP)、打印服务器、终端服务器、磁盘服务器、邮件服务器、文件服务器等 。
工业控制计算机是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的计算机系统总称，简称控制机。它由计算机和过程输入/输出（I/O）两大部分组成。计算机由主机、输入/输出设备和外部磁盘机、磁带机等组成。在计算机外部又增加一部分过程输入/输出通道，用来将工业生产过程的检测数据送入计算机进行处理；另一方面，将计算机要行使对生产过程控制的命令、信息转换成工业控制对象的控制变量信号，再送往工业控制对象的控制器中。由控制器行使对生产设备的运行控制 。
①台式机：台式机是应用非常广泛的微型计算机，也叫桌面机，是一种独立分离的计算机，体积相对较大，主机、显示器等设备一般都是相对独立的，需要放置在电脑桌或者专门的工作台上，因此命名为台式机。台式机的机箱空间大、通风条件好，具有很好的散热性；独立的机箱方便用户进行硬件升级，如光驱、硬盘；台式机机箱的开关键、重启键、USB、音频接口都在机箱前置面板中，方便用户的使用 。 ②电脑一体机：电脑一体机是由一台显示器、一个键盘和一个鼠标组成的计算机。它的芯片、主板与显示器集成在一起，显示器就是一台计算机，因此只要将键盘和鼠标连接到显示器上，机器就能使用。随着无线技术的发展，电脑一体机的键盘、鼠标与显示器可实现无线连接，机器只有一根电源线，在很大程度上解决了一直为人诟病的台式机线缆多而杂的问题 。 ③笔记本式计算机：笔记本式计算机是一种小型、可携带的个人计算机，通常质量为1-3kg。它和台式机架构类似，但是它具有更好的便携性。笔记本式计算机除了键盘外，还提供了触控板（TouchPad）或触控点（Pointing Stick），提供了更好的定位和输入功能 。 ④掌上电脑（PDA）：PDA（Personal Digital Assistant），是个人数字助手的意思。顾名思义就是辅助个人工作的数字工具，主要提供记事、通讯录、名片交换及行程安排等功能。可以帮助人们在移动中工作、学习、娱乐等。按使用来分类，分为工业级PDA和消费品PDA。工业级PDA主要应用在工业领域，常见的有条形码扫描器、RFID读写器、POS机等；消费品PDA包括的比较多，比如智能手机、手持的游戏机等 。 ⑤平板电脑：平板电脑也叫平板式计算机（Tablet Personal Computer，简称 Tablet Pc、 Flat Pc、Tablet、 Slates），是一种小型、方便携带的个人计算机，以触摸屏作为基本的输入设备。它拥有的触摸屏（也称为数位板技术）允许用户通过触控笔或数字笔来进行作业而不是传统的键盘或鼠标。用户可以通过内置的手写识别、屏幕上的软键盘、语音识别或者一个真正的键盘（如果该机型配备的话）实现输入 。 个人计算机 嵌入式计算机即嵌入式系统，是一种以应用为中心、以微处理器为基础，软硬件可裁剪的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户的应用程序四个部分组成。它是计算机市场中增长最快的领域，也是种类繁多、形态多种多样的计算机系统。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如计算器、电视机顶盒、手机、数字电视、多媒体播放器、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等 。
微型计算机发展阶段
1、4位和8位低档微处理器时代（1971~1973年） 1971年1月，Intel公司的霍夫工程师研制成功世界上第1个字长为4位的微处理器芯片Intel 4004，标志着第1代微处理器问世，微型计算机时代从此开始 。 该阶段是4位和8位低档微处理器时代，通常称为第1代，其典型产品是Intel 4004和Intel 8008微处理器和分别由它们组成的MCS-4和MCS-8微机。该阶段产品的基本特点是采用PMOS工艺，集成度低，系统结构和指令系统都比较简单，主要采用机器语言或简单的汇编语言，指令数目较少，多用于家电和简单控制场合 。
2、8位中高档微处理器时代（1974~1978年） 该阶段通常称为第2代，典型产品有Intel公司的Intel 8080/8085、 Motorola公司的MC6800及美国Zilog公司的Z80等，以及各种8位单片机，如Inte公司的8048、 Motorola公司的MC6801、 Zilog公司的Z8等。该阶段产品的基本特点是采用NMOS工艺，集成度提高约4倍，运算速度提高约10~15倍，指令系统比较完善，具有典型的计算机体系结构和中断、DMA等控制功能。软件方面除了汇编语言外，还有BASIC、FORTRAN等高级语言和相应的解释程序和编译程序，在后期还出现了操作系统，如CP/M就是当时流行的操作系统 。
3、16位微处理器时代（1978~1984年） 该阶段通常称为第3代。1978年6月，Intel公司推出主频为4.77MHz的字长16位的微处理器芯片Intel 8086。8086微处理器的诞生标志着第3代微处理器问世。该阶段的典型产品包括Intel公司的8086/8088、80286，Motorola公司的M68000，Zilog公司的Z8000等微处理器。其特点是采用HMOS工艺，集成度和运算速度都比第2代提高了一个数量级。指令系统更加丰富、完善，采用多级中断、多种寻址方式、段式存储结构、硬件乘除部件，并配置了软件系统 。 这一时期的著名微机产品有IBM公司的个人计算机PC。1981年推出的 IBM-PC机采用8088 CPU。紧接着1982年又推出了扩展型的个人计算机IBM-PC/XT，它对内存进行了扩充，并增加了一个硬盘驱动器。1984年IBM推出了以80286处理器为核心组成的16位增强型个人计算机IBM-PC/AT。由于IBM公司在发展PC机时采用了技术开放的策略，使PC机风靡世界 。
4、32位微处理器时代（1985~1992年） 该阶段通常称为第4代。1985年10月，Intel公司推出了80386DX微处理器，标志着进入了字长为32位的数据总线时代。该阶段典型产品包括Intel公司的80386/80486，Motorola公司的M68030/68040等。其特点是采用HMOS或CMOS工艺，集成度高达100万晶体管/片，具有32位地址线和32位数据总线。每秒钟可完成600万条指令。微机的功能已经达到甚至超过超级小型计算机，完全可以胜任多任务、多用户的作业。同期，其他一些微处理器生产厂商(如AMD、TEXAS等)也推出了80386/80486系列的芯片 。
5、Pentium系列微处理器时代（1993年以后） 该阶段通常称为第5代。典型产品是Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6系列微处理器芯片。该阶段产品内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着MMX（Multi media eXtended）微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶。2000年3月，AMD与Intel分别推出了时钟频率达1GHz的Athlon和Pentium Ⅲ。2000年11月，Intel又推出了Pentium Ⅳ微处理器，集成度高达每片4200万个晶体管，主频1.5GHz，400MHz的前端总线，使用全新SSE2指令集。2002年11月，Intel推出的Pentium Ⅳ微处理器的时钟频率达到3.06GHz，而且微处理器还在不断地发展，性能也在不断提升 。
2001年Intel公司发布第一款64位的产品Itanium（安腾）微处理器。2003年4月，AMD公司推出了基于64位运算的Opteron（皓龙）微处理器。2003年9月，AMD公司的Athlon（速龙）微处理器问世，标志着64位计算时代的到来 。
微型计算机技术指标
计算机的性能指标涉及体系结构、软硬件配置、指令系统等多种因素，一般说来主要有下列技术指标 。 字长是指计算机运算部件一次能同时处理的二进制数据的位数。字长越长，如果用作存储数据，则计算机的运算精度就越高；如果用作存储指令，则计算机的处理能力就越强。通常字长总是8的整数倍，如8、16、32、64位等。Intel 486机和Pentium 4机均属32位机 。
时钟主频是指CPU的时钟频率，它的高低在一定程度上决定了计算机速度的高低。主频以兆赫兹（MHz）为单位，一般来说，主频越高，速度就越快。由于微处理器发展迅速，微机的主频也在不断提高 。 计算机的运算速度通常是指每秒钟所能执行指令的数目，常用百万次/秒（MIPS，MillionInstructions Second）来表示。这个指标更能直观地反映机器的速度 。
存储容量通常分内存容量和外存容量，这里主要指内存储器的容量。显然，内存容量越大，机器所能运行的程序就越大，处理能力就越强。尤其是当前多媒体PC应用多涉及图像信息处理，要求存储容量越来越大，甚至没有足够大的内存容量就无法运行某些软件。目前大多数微机的内存容量已达到4GB 。
内存储器的存取周期也是影响整个计算机系统性能的主要指标之一。简单地讲，存取周期就是CPU从内存储器中存取数据所需的时间。目前，内存的存取周期在7-70ns之间 。
此外，计算机的可靠性、可维护性、平均无故障时间和性能价格比也都是计算机的技术指标 。