微型計算機的發(fā)展、現(xiàn)狀及趨勢

1、微型計算機的發(fā)展、現(xiàn)狀及趨勢摘要： Microcomputer is an electronic computer, according to their performance index classification for namely microcomputer. It consists of microprocessor （core）, storage, input and output, the system bus, etc. It is characterized by small volume, price cheap, flexible and convenient use

2、. Since 1980s, the microcomputer type more volume, smaller, more stronger.微機是電子計算機的一種，是根據(jù)其性能指標分類稱其為即微型計算 機。它由微處理機 （核心 ）、存儲片、輸入和輸出片、系統(tǒng)總線等組成。它的 特點是體積小、靈活性大、價格便宜、使用方便。20 世紀 80 年代以來，微型計算機的類型越來越多，體積越來越小，功能越來越強。關(guān)鍵字：微型計算機 發(fā)展 現(xiàn)狀 趨勢1微機發(fā)展的標志一一CPU的發(fā)展歷程.一、第一代 （19711973）：4 位或低檔 8 位微處理器和微型機代表產(chǎn)品是美國In tel公司首先的4004微

3、處理器以及由它組成的 MCS-4微 型計算機 （集成度為 1200晶體管/片）。隨后又制成 8008微處理器及由它組成的 MCS-8微型計算機。第一代微型機就采用了PMOS工藝，基本指令時間約為1020卩S,字長4位或8位，他的特點是：指令系統(tǒng)比較簡單，運算功能較差，速 度較慢，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍然停留在臺式計算機的水平上，軟件主要采用機器語言或簡 單的匯編語言，其價格低廉。二、第二代 （19741978）：中檔的 8位微處理器和微型機其間又分為兩個階段， 1973-1978年為典型的第二代，以美國 Intel 公司的 8080和Motorola公司的MC680C為代表，集成度提高12倍，（Intel

4、 8080集成 度為 4900管/片），運算速度提高了一個數(shù)量級。1976-1978年為高檔的 8位微型計算機和 8 位單片微型計算機階段，稱之為二代半。高檔 8 位微處理器，以美 國ZILOG公司的Z80和Intel公司的8085為代表，集成度和速度都比典型的第 二代提高了一倍以上 （Intel 8085集成度為 9000管/片）。 8位單片微型機以 Intel 8048/8748（集成度為 9000 管/ 片）,MC6801,MOSTEK F81/3870,Z80等為代表，它 們主要用于控制和智能儀器。總的來說，第二代微型機的特點是采用 NMOS：藝， 集成度提高14倍，運算速度提高101

5、5倍，基本指令執(zhí)行時間約為12卩S,指 令系統(tǒng)比較完善，已具有典型的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及中斷、DMA等控制功能，尋址能力也有所增強，軟件除采用匯編語言外，還配有BASIC，F(xiàn)ORTRANPL/M等高級語言及其相應的解釋程序和編譯程序，并在后期開始配上操作系統(tǒng)。三、第三代 （19781981）：16位微處理器和微型機代表產(chǎn)品是In tel 8086(集成度為29000管/片),Z8000(集成度為17500管 /片)和MC68000集成度為68000管/片)。這些CPU勺特點是采用HMO工藝，基 本指令時間約為0.05卩S,從各個性能指標評價，都比第二代微型機提高了一個 數(shù)量級，已經(jīng)達到或超過中、

6、低當小型機(如PDP11/45)的水平。這類16位微型 機通常都具有豐富勺指令系統(tǒng)，采用多級中斷系統(tǒng)、多重尋址方式、多種數(shù)據(jù)處 理形式、段式寄存器結(jié)構(gòu)、乘除運算硬件，電路功能大為增強，并都配備了強有 力的系統(tǒng)軟件。四、第四代 (1985年以后)：32位高檔微型機隨著科學技術(shù)的突飛猛進，計算機應用的日益廣泛，現(xiàn)代社會對計算機的依 賴已經(jīng)越來越明顯。原來的 8位、 16位機已經(jīng)不能滿足廣大用戶的需要，因此， 1985年以后， Intel 公司在原來的基礎(chǔ)上又發(fā)展了 80386和80486。其中， 80386 有工作主頻達到25MH,有32位數(shù)據(jù)線和24位地址線。以80386為CPU的COMPAQ

7、386、 AST 386、 IBM PS2/80 等機種相繼誕生。同時隨著內(nèi)存芯片的發(fā)展和硬盤 技術(shù)的提高，出現(xiàn)了配置16MB內(nèi)存和1000MB外存的微型機，微機已經(jīng)成為超小 型機，可執(zhí)行多任務、多用戶作業(yè)。由微型機組成的網(wǎng)絡、工作站相繼出現(xiàn)，從 而擴大了用戶的應用范圍。 1989年， Intel 公司在 80386的基礎(chǔ)上，又研制出了 80486。它是在80386的芯片內(nèi)部增加了一個8KB的高速緩沖內(nèi)存和80386的協(xié) 處理器芯片 80387而形成了新一代 CPU。 1993年 3月 22日， Intel 公司發(fā)布了 它的新一代處理器Pentium(奔騰)。它采用0.8叩的BicMOS技術(shù)，

8、集成了 310 萬個晶體管，工作電壓也從5V降到3V。隨著Pentium新型號的推出，CPUft體 管的數(shù)目增加到500萬個以上，工作主頻率從 66MHz增加到333MHz 1998年3 月, In tel公司在CeBIT貿(mào)易博覽會展出了一種速度高達 702MHZ的奔騰II芯片。 1999年，以奔騰II450、奔騰III450為微處理器、內(nèi)存128MB硬盤8.4GB的 微機已在我國上市。2 微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及發(fā)展現(xiàn)狀我們通常所說的微型計算機簡稱微機， 俗稱電腦。其準確的稱謂應是微型計 算機系統(tǒng)， 可以簡單定義為： 在微型計算機硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配置必要的外部設 備和軟件構(gòu)成的實體。微型計算機系

9、統(tǒng)從全局到局部存在三個層次： 微型計算機系統(tǒng)微型計算 機微處理器。微處理器( Microprocessor )也常稱為微處理機，它包括算術(shù)邏輯部件 ALU (Arithmetic Logic Unit )，控制部件 CU(Control Unit )和寄存器組 R (Registers )三個基本部分和內(nèi)部總線，相當于一般計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的運算 器和控制器的組合。 通常是利用大規(guī)模集成電路 (LSI) 或超大規(guī)模集成電路 (VLSI) 技術(shù)將這些功能制作在一塊集成電路芯片上， 即一般計算機系統(tǒng)概念的中央處理 器(CPU。微處理器先后經(jīng)歷了 4位、8位、16位、32位和64位的發(fā)展階段， 目前生

10、產(chǎn)的微型計算機所用的微處理器主要是64位Pentium4芯片，除Intel公司之外 , AMD、 Motorola 及 Cyrix 公司也有類似的產(chǎn)品。微型計算機(Micro Computer)是以微處理器為核心，加上由LSI制作的內(nèi) 存儲器M(ROM RAM、I/O (輸入/輸出)接口和系統(tǒng)總線(包括地址總線AB 數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB組成的裸機。該層次也就是我們所說的主板，它已 安裝了 CPU和內(nèi)存條。微型計算機系統(tǒng)（Micro Computer System ）是以微型計算機為核心，再配 以相應的外部設備、電源、輔助電路和控制微型計算機工作的軟件而構(gòu)成的完整 的計算系統(tǒng)。由此可見，單純

11、的微處理器不是計算機，單純的微型計算機也不是完整的微 型計算機系統(tǒng)，它們都不能獨立工作，只有微型計算機系統(tǒng)才是完整的（數(shù)值的 及非數(shù)值的）信息處理系統(tǒng)，才具有實用意義。一個完整的計算機系統(tǒng)應該包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。目前的各種微型計算機系統(tǒng)，無論是簡單的單片機（又稱為微控制器或嵌入式計算機）、單 板機（屬微型計算機系統(tǒng)），還是較復雜的個人計算機（PC系統(tǒng)，其硬件體系 結(jié)構(gòu)采用的基本上是計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)一一馮諾依曼結(jié)構(gòu)：由運算器、控制器、 存儲器（含內(nèi)存和外存）、輸入設備和，輸出設備五大部分組成，采用“指令驅(qū) 動”方式。微型計算機軟件的種類很多，功能各異，但按計算機專業(yè)可劃分為系統(tǒng)軟件

12、和應用軟件兩類。系統(tǒng)軟件是計算機系統(tǒng)的核心,管理和控制計算機硬件各部分 協(xié)調(diào)工作，為各種應用軟件提供運行平臺。系統(tǒng)軟件主要包括：操作系統(tǒng)、標準 實用程序、各種語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及各種工具軟件（如殺毒軟件）， 其中操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，用戶只有通過操作系統(tǒng)才能完成對計算機的各 種操作。應用軟件指系統(tǒng)軟件之外的所有軟件， 是為某種應用目的而編制的計算 機程序，如文字處理軟件、圖形圖像處理軟件、網(wǎng)絡通信軟件、財務管理軟件、 CAD/CA軟件、各種應用軟件包等。3微型計算機的種類及等級劃分3.1微型計算機的種類微型計算機是當今發(fā)展速度最快、應用最為普及的計算機類型。它可以細分 為PC服

13、務器、NT工作站、臺式（也稱桌上型）計算機、膝上型計算機、筆記本 型計算機、掌上型計算機、可穿戴式計算機以及問世不久的平板電腦等多種類型。 習慣上人們將尺寸小于臺式機的微型計算機統(tǒng)稱為便攜式計算機。3.2各種微型計算機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（1）膝上型計算機（laptop computer）。最早的便攜式計算機是可以放在腿 上使用的膝上型計算機。它比臺式機小，比筆記本計算機稍大。其主機類似臺式 主機，顯示器大多采用液晶型（LCD或小型陰極射線管（CRT，重量約有10kg 左右。雖然號稱“可攜帶”，但由于它的體積仍顯笨重，而且一定要使用有插座 的交流電源，所以充其量也只是“可以動”電腦。在筆記本計算機推

14、出之后，“純”膝上型計算機已經(jīng)十分少有，許多外國人習慣講的laptop電腦，其實指的是筆記本計算機。（2）筆記本型計算機（notebook computer）。它是具有與臺式機相同功能， 卻又便于攜帶的微型計算機。同臺式機一樣，筆記本計算機是隨著CPU勺發(fā)展而 不斷發(fā)展的。2003年3月Intel公司推出了集成有筆記本計算機處理器Pentium-M （Banias）、Intel855 系列芯片組、802.11b （Wi-Fi）無線網(wǎng)卡、圖 形處理模塊在內(nèi)的筆記本計算機平臺， 這種以“迅馳（Centrino ） ”品牌命名的 移動計算技術(shù)打破了以往筆記本計算機使用臺式機 CPU的局面，不僅為筆記

15、本計 算機帶來強大的處理能力， 也使其具有超長的電池使用時間、 無線聯(lián)網(wǎng)能力及輕 薄的設計。除了 In tel的“迅馳”外，筆記本計算機流行的 CPU還有Intel的 Pentium 4-M、Celeron M AMD勺 Athlon XP-M Athlon 64； Transmeta 的 Crusoe 等。預計今后筆記本計算機將向著高性能、 無線聯(lián)網(wǎng)， 低能耗、 長電池壽命的方 向發(fā)展。除了有雙屏幕顯示外，還將整合臺式計算機和筆記計算機的雙方優(yōu)勢， 不僅無線通信功能更強大，而且會打破 “貝殼式”筆記本計算機造型，還會變 得更輕、更薄而屏幕更大。此外， 2004年市場不斷涌現(xiàn)筆記本計算機 16

16、:10 或 16: 9 寬屏顯示器也預示著相對于傳統(tǒng)的 4: 3 標準屏視野更好、分辨率更高的 筆記本計算機顯示器的一個發(fā)展方向。（3）掌上型計算機（ palmtop computer ）。目前掌上型計算機和個人數(shù)字 助理（Perso nal Digital Assista nt, PDA ）的概念似乎有些混淆。有人把低端的產(chǎn)品歸之為PDA把高端的產(chǎn)品歸之為掌上型計算機。實際上國外已經(jīng)很普遍地 把所有的手持式移動計算產(chǎn)品統(tǒng)稱為 PDA,而國內(nèi)則習慣稱之為掌上電腦。掌上電腦是一種運行在嵌入式操作系統(tǒng)和內(nèi)嵌式應用軟件之上的、 小巧、輕 便、易帶、實用和廉價的新一代超輕型計算設備，是計算機微型化、專

17、業(yè)化趨勢 的產(chǎn)物。 它無論在體積、 功能和硬件配備方面都比筆記本計算機簡單輕便， 但在 功能、容量、擴展性、處理速度、操作系統(tǒng)和顯示性能方面又遠遠優(yōu)于電子記事 簿。掌上電腦擁有與臺式PC完整交換信息的能力，具備PIM （個人信息管理） 的功能, 以其具有的上網(wǎng)瀏覽、 下載、發(fā)送電子郵件和收發(fā)傳真、 紅外傳輸以及 與無線通信工具結(jié)合后所表現(xiàn)的無線數(shù)據(jù)通信能力， 在信息查詢和現(xiàn)場信息采集 方面得到了充分應用。與膝上型和筆記本型計算機不同， 掌上電腦的電源通常采用現(xiàn)有的電池， 如 AA電池。掌上型電腦一般沒有磁盤驅(qū)動器，更確切的說，其程序是儲存在ROM中的，并且當打開計算機時程序才被裝載入到 RAh

18、中。為提供更廣闊的靈活性和 更強的功能，最近的掌上電腦大多配備了PCMCIA槽。掌上電腦關(guān)鍵的核心技術(shù)是嵌入式操作系統(tǒng)， 各種產(chǎn)品之間的競爭也主要在 此。目前市面上的產(chǎn)品主要有三大類：一是使用Palm OS系統(tǒng)的品牌，例如Palm、 IBM、Sony、Handspring、Motorola、Nokia、Samsung TRG Pro等；二是使用 Microsoft的WindowsCE操作系統(tǒng)的品牌：Compaq HF、Casio等；第三類就是 國內(nèi)廠商如聯(lián)想、方正等，他們也多使用 Windows CE系統(tǒng)，但Linux也頗具潛 力。掌上電腦的發(fā)展方向是： 不斷增加和增強個人事務處理功能； 在通

19、信功能（包 括數(shù)據(jù)通信、 移動電話通信） 和各種信息（包括手寫識別、 語音、圖像和數(shù)據(jù)等） 的輸入輸出功能方面有較大的提高； 著重研制開發(fā)出包含個人助理功能、 數(shù)據(jù)處 理功能、具備多樣性與兼容性通信功能的專用掌上電腦設備。（4）平板電腦（Tablet PC 。這是Microsoft公司首先提出的新概念電腦， 號稱是是下一代移動商務 PC 的代表。目前平板電腦已獲得聯(lián)想、 Acer、 HP、 Viewsonic、AMD Fujitsu 、Toshiba、Sharp、NEC Compaq等 20 多家國內(nèi)外 硬件廠商和 30 多家全球知名軟件廠商的支持并相繼推出了產(chǎn)品。但全球最大的 PC廠商IBM

20、和Dall沒有參與平板電腦的開發(fā)。平板電腦實際上就是一款無須翻蓋、沒有鍵盤、大小不等、形狀各異，但卻 功能完整的PC。平板電腦的構(gòu)成組件與筆記本計算機基本相同，也是CPU內(nèi)存、硬盤、LCD顯示屏等，但它被設計成使用觸筆在屏幕上書寫，而不是使用鍵盤和 鼠標或觸摸板，并且打破了筆記本計算機鍵盤與屏幕垂直的 L型設計模式。比之 筆記本計算機， 它除了擁有其所有功能外， 還支持手寫輸入或者語音輸入， 移動 性和便攜性都更勝一籌。它運行 Windows XP Tablet PC Edition 操作系統(tǒng)，附 帶有可拆卸的鍵盤，能夠運行 Win dows系統(tǒng)下的應用程序?？梢灶A見，平板電腦以其極佳的移動性

21、、豐富的功能、小巧的外形設計、超 長的電池支持時間、 更輕的重量、超高分辨率的液晶顯示屏和支持無線網(wǎng)絡接入 功能等優(yōu)勢一定會給移動商務人士的歡迎。 但是如 Microsoft 公司所預期的那樣 在五年內(nèi)取代筆記本計算機市場尚需拭目以待。3.3 微型計算機的等級劃分 事實上，臺式機和筆記本計算機以及各種掌上電腦之間的界線開始變得模 糊，于是，許多人將微型計算機按照其從事的工作進行等級劃分。以往，人們對微型計算機的認識大都是從臺式個人計算機與筆記本計算機的 使用而來：速度不斷提升的CPU功能不斷創(chuàng)新的軟件，競爭激烈而不斷推陳出 新的外部設備等等。 至于微型計算機的等級劃分大都局限于商用和消費用兩類

22、通 用計算機。 其實不然，除了這兩類外， 還有工業(yè)用、 軍用與航天用等微型計算機， 它們都屬于專用計算機的范疇。根據(jù)不同的用途，微型計算機采用的標準也不同。例如，在家庭、辦公室、 學校、商場等室內(nèi)運行的一般消費性和商用微型計算機可以在常溫和平均濕度下 運行，但在非常溫地區(qū)或濕度較大的環(huán)境中， 就需要用高一個等級的工業(yè)微型計 算機了。工業(yè)微型計算機的標準一般要求操作系統(tǒng)的工作溫度在0C60C之間，存儲溫度在20C80C之間，濕度則在10%90%之間。而且要求計算機有更強的 穩(wěn)定性、多種兼容軟件、遠程控制能力等。軍用微型計算機是指應用于軍事領(lǐng)域的微型計算機， 必須滿足相應的軍事規(guī) 范。有定制的全軍

23、規(guī)計算機，也有通過對商用成熟技術(shù)(Commerical-off-the-shelf，COTS產(chǎn)品進行特殊處理，使之能夠用于軍事環(huán)境的加固計算機。 軍用微型計算機面對的環(huán)境比工業(yè)微型計算機更苛刻， 例如酷 熱的沙漠、 炮彈橫飛的戰(zhàn)場、 振動和沖擊力強大的坦克車等。 因此許多國家在軍 用計算機方面都制定了自己的標準，如法國的GAM-EG13德國的VG和英國的DefStd 等, 其中美國的 Mil-Std 是使用最為廣泛的標準，其他國家的軍方常以 此衡量產(chǎn)品的質(zhì)量。盡管各國的標準不盡相同，但防水、防沙、防熱、防寒、防 振、防摔、防壓、防霉菌、防鹽霧等都是軍用微型計算機必須滿足的標準。不過軍用微型計算

24、機不僅僅局限于軍事應用， 也可應用于類似的環(huán)境， 如伴 隨潛水員進入海底或水底、民用機載和船載以及野外操作等等。航天微型計算機比軍用微型計算機要高一等級。 對它的要求并非是“運算能 力超強”，而是能“適用于航天用途”。例如，星載計算機要求耗電小，因此耗 電超過70W的 Pentium(R) 4就不適用。4 微型計算機的性能評價指標微型計算機的種類很多、 性能也各不相同。 通常根據(jù)以下幾個方面的性能指 標來綜合評價一臺微型計算機系統(tǒng)的性能。(1) CPU類型。指微型計算機系統(tǒng)所采用的 CPU芯片型號，它決定了微機系 統(tǒng)的檔次。（2）字長。指CPU一次可以同時傳送和處理的二進制數(shù)碼的位數(shù)，它直接關(guān)

25、系到計算機的計算精度、尋址速度和處理能力。字長越長，數(shù)據(jù)處理能力越強。（ 3）內(nèi)存容量。指內(nèi)部（主）存儲器可容納二進制信息的總量。微型計算機 的內(nèi)存容量一般以字節(jié)B（ Byte ）數(shù)來表示，每8位二進制為一個字節(jié)，1024B =1KB（千字節(jié)）,1024K吐 1MB（兆字節(jié)），1024M* 1GB（吉字節(jié)），1024G9 1TB （太字節(jié)）。內(nèi)存容量越大，運算速度越快，軟件開發(fā)和大型軟件的運行效 率就越高， 系統(tǒng)的處理能力也就越強。 目前市場上流行的微機 （含筆記本計算機 和掌上電腦）大多具有8MB-512MB的內(nèi)存容量和2GB- 120GB的外存容量。運行 Windows 95或 Windo

26、ws 98操作系統(tǒng)至少需要16 MB的內(nèi)存容量， Windows XP 則需要128 MB以上的內(nèi)存容量。（ 4）運算速度。 是微型計算機一項重要的性能指標。 現(xiàn)在普遍采用單位時間 內(nèi)執(zhí)行指令的條數(shù)作為運算速度指標，并以 MIPS（百萬條指令/秒）作為計量 單位。此外，也常以CPU主頻衡量計算機的運算速度。主頻為CPU的額定工作頻 率，亦稱內(nèi)頻，一般以MHz為單位。主頻越高，執(zhí)行指令的時間越短，運算速度 就越快。（ 5）存取周期。存儲器進行一次讀出或?qū)懭氩僮魉璧臅r間稱為存取周期， 通常用微秒（g）或毫微秒（ns）表示（1ns = 10-3聞=10譽）。一般微型計算機的存取 周期約為幾十到幾百

27、毫微秒。 存取周期反映內(nèi)存儲器的速度性能。 存取周期越短 , 存取速度越快。（ 6）可靠性、可維護性和兼容性。計算機的可靠性是一個綜合性指標，應由 多項指標來綜合衡量，但一般常用平均無故障間隔時間（MTBF作為衡量指標，越大越好。目前微型機的平均無故障間隔時間可高達幾千小時，而巨型機和大、 中型機只有幾百甚至幾十小時?？删S護性以平均修復時間（MTTR作為衡量指標，越小越好。兼容性是指各類微型計算機之間在使用上具有相容性。 嚴格地講 , 兼容性是 指一種微型機的硬件和軟件與使用同樣微處理器的另一種機器是否具有通用性。 兼容性越強越好。（ 7）外設擴展能力。 主要指計算機系統(tǒng)配接各種外部設備的可能性、 靈活性 和適應性。（ 8）軟件配置情況。 軟件的配置是否齊全