【学习目标】 了解微型计算机的发展。 了解微型计算机的特点。 认识微型计算机系统的组成。 了解微型计算机的主要性能指标。
1.1 微型计算机概况
世界上第一台电子计算机早在1946年就诞生了，然而微 型计算机在1971年才问世，它具有众多优点，其应用更 加广泛。微型计算机（见图1-1）具有体积小、重量轻、 耗电少、性价比最优、可靠性高、结构灵活等特点，其 应用深入到社会生活中的各个领域，并取得了飞速的发 展。计算机不仅能够完成数学运算，而且还可以进行逻 辑运算，同时还具有推理判断的能力。因此，人们又称 它为电脑。现在，科学家们正在研究具有思维能力的智 能计算机。随着科学技术的发展，人们对计算机的认识 也在不断地深入
操作系统方面
主流的操作系统有Linux、UNIX （System Ⅴ、UNIX BSD、SCO UNIX、 Solaris等）、Windows系列（现在主要有 Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003、 Windows CE等）等。
图1-1 现代微型计算机
1.1.1 微型计算机的发展
现将有关计算机中央处理器（CPU）的一些基本概念介绍 如下： 中央处理器（CPU）是指把运算和控制功能集成在一起的 那块芯片，这块芯片俗称主机。 微型计算机系统是由中央处理器（CPU）配上一定容量的 存储器（或内存）、接口电路以及必要的外部设备组成。 单板机是指把CPU、一定数量的存储器芯片和I/O接口芯 片装在一块印刷电路板上，并在该板上配以具有一定功能的 输入、输出设备。 单片机是指把CPU、一定容量的存储器和必要的I/O接口 电路集成在一个硅片上。有的单片机还包括模数（A/D）和 数模（D/A）转换器。
20世纪70年代初期，出现了以大规模集成电路为 主体的第四代计算机。这一代计算机的体积进一步缩小， 性能进一步提高，发展了并行技术和多机系统，出现了 精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer， RISC）。微型计算机也是在第四代计算机时代产生的。 所谓的第五代计算机，其主要目标是采用超大规 模集成电路，在系统结构上要类似人脑的神经网络，在 材料上使用常温超导材料和光器件，在计算机结构上采 用超并行的数据流计算等。
1.2 微型计算机系统的组成
完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。 硬件是指计算机系统中的各种物理装置，包括控制器、 运算器、内存储器、I/O设备以及外存储器等，它是计算 机系统的物质基础。 软件是相对于硬件而言的。从狭义的角度讲，软件是指 计算机运行所需的各种程序；而从广义的角度讲，软件 还包括手册、说明书和有关的资料。软件系统着重解决 管理和使用机器的问题。没有硬件，谈不上应用计算机。 但是，光有硬件而没有软件，计算机也不能工作。这正 如乐团和乐谱的关系，如果只有乐器、演奏员这类“硬 件”而没有乐谱这类“软件”，乐团就很难演奏出动人 的音乐。所以，硬件和软件是相辅相成的。只有配上软 件的计算机才能成为完整的计算机系统。
（4）第四阶段
这一阶段（1981年以后）为高性能的16位 机和32位微处理器和微型计算机时代。典型产品 是Intel公司的80386/80486、Motorola公司的MC 68030/68040和Zilog公司的Z 80000等微处理器， 它们具有32位数据总线和32位地址总线。各阶段 微处理器的主要特点如表1-1所示。
1．微型计算机各组成部分的功能 （1）运算器
运算器是完成二进制数据的算术运算和逻辑运算 的部件，它由算术逻辑部件（Arithmetic Logic Unit，ALU）、累加器和暂存寄存器组成。ALU 是运算器的核心，具体完成算术运算和逻辑运算。 累加器的字长和位数相同，用于存放参加运算的 操作数和连续运算的中间结果以及最后结果。从 累加器的功能上来看，它也是一种寄存器。暂存 寄存器的字长和位数也相同，它用来暂存总线送 来的操作数。
2．微型计算机的分类
微型计算机的分类方法很多，可以从不同的角度 对微型计算机进行分类。 按微处理器的字长可分为4位、8位、16位、32 位、64位微型计算机。 按微型计算机的组装形式可分为单片、单板、 多板微型计算机等。 按应用领域可分为控制用、数据处理用微型计 算机等。 按微处理器的制造工艺可分为由MOS型器件和 由双极型器件组成的微型计算机。
64位的操作系统
以64位CPU芯片为前提，为充分发挥 该芯片的性能而实行64位扩展的操作系统， 如Digital UNIX 4.0和Open VMS 7.0的64位 操作系统（DEC公司）、Solaris的64位操 作系统（SUN公司）、 Server和Windows Server 2003操作系统 （Microsoft 公司）等。
计算机网络
网络的高速化、网络的综合化（将电 信网络、计算机网络及有线电视网络汇集 到统一的IP网络，即“三网”融合）、网 络的智能化、网格计算机等。
1.1.2 微型计算机的特点及分类
微型计算机和应用在天文测量、天气 预报、核能以及人造卫星轨迹计算等的大 中型计算机不同，它们有自己的特点和更 加广泛的应用领域。
（2）微型计算机领域未来的几大热点
进入21世纪后，微型计算机将在人们 的日常生活和工作中产生更重要的作用， 微型计算机将会具有更快的运算速度、功 能更加强大的操作系统和更加便利的网络 传输等。
微处理器方面
在计算模式上，Intel IA-64（Itanium） 微处理器是基于EPIC计算模式的，AMD X86-64微处理器（64位处理器）提供了长 模式，解决了与32位处理器的兼容性问题； 在计算平台上，以64位计算模式为基础， 加上相应的系统软件支持构成全64位计算 平台。
3．微型计算机技术发展过程中的热点问题
（1）微型计算机自20世纪90年代以来发展的热点 问题 自20世纪90年代以来，随着计算机在各个方 面的广泛应用，微型计算机技术有了突飞猛进的发 展，主要表现在以下几个方面。
微处理器方面
以市场上占有率较高的典型代表Intel系列微处理器为例， 有Pentium基本型、Pentium MMX、Pentium Pro、 Pentium Ⅱ、Pentium Ⅱ Xeon、Pentium Ⅲ、Pentium Ⅳ；以技术先进性的典型代表为例，有DEC公司的Alpha 系列处理器Alpha 21064/21164/21264/21364等。在集成技 术领域，CMOS工艺和SOI制造工艺极大地提高了处理器 的速度，降低了功耗，并且采用的SOI技术有望使CPU的 主频提高到T级，在微型计算机系统结构上由原来的单一
1946年在美国诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Calculator， 电子数字积分计算机），如图1-2所示。该计算机加法 速度为5000次/秒，乘法速度为56次/秒，比先前的继电 器计算机快1000倍，比人工计算快20万倍。ENIAC的 诞生为计算机和信息产业的发展奠定了基础。
1．微型计算机的特点
由于微型计算机广泛采用了集成度相当高的器件 和部件，因此具有以下特点。 体积小、重量轻、耗电少。因为现在多采用超 大规模集成电路和CMOS工艺，微型计算机的芯 片在体积减小的同时，集成度和运算速度也迅速 提高。基于此特点，它们在航空、航天等领域应 用更广泛。 可靠性高。微型计算机的芯片集成度高，基本 不需要人工焊点，降低了故障发生的概率，提高 了可靠性。
2．微型计算机的发展历程
微型计算机是以微处理器为核心的计算机，属于 第四代计算机。它具有体积小、功耗低、重量轻、价格 低、可靠性高以及使用方便等一系列优点，因此得到了 广泛的应用和迅速的发展。微型计算机的发展从1971年 Intel公司首先研制成功的4位Intel 4004微处理器算起，已
有30多年，经历了如下几个阶段的演变。
（3）第三阶段
这一阶段（1978—1981年）为16位微处理 器和微型计算机时代。典型产品是Intel公司的 8086/8088、Motorola公司的MC 68000和Zilog公 司的Z 8000等微处理器。指令系统更加丰富、完 善，采用多级中断系统、多种寻址方式、段式存 储器结构、硬件乘除部件等，并配有强有力的软 件系统。
总线结构变为多总线结构等。
计算机网络方面
主要表现为网络协议、网络技术、PC 与NC、网络软件（如WWW浏览器、网络 管理软件、网络游戏软件、中间件软件、 Java编程语言等）、网络应用（如电子商 务、电子政务、远程教育、远程医疗、网 络化的办公自动化系统、视频会议系统、 虚拟图书馆、虚拟实验室等）等。
（1）第一阶段
这一阶段（1971—1973年）为4位或低档8 位微处理器和微型计算机时代。典型产品是Intel 4004和Intel 8008微处理器以及由它们分别组成的 MCS-4和MCS-8微型计算机。系统结构和指令系 统均比较简单，主要用于家用电器和简单的控制 场合。
（2）第二阶段
这一阶段（1974—1978年）为中高档8位微 处理器和微型计算机时代。典型产品是Intel公司 的8080/8085、Motorola公司的MC 6800和Zilog 公司的Z 80等微处理器以及各种8位的单片机。
1.2.1 计算机硬件系统
微型计算机的硬件系统主要由输入设备、输出设 备、运算器、存储器和控制器5部分组成，这种 结构称为冯· 诺依曼结构。现代绝大多数微型计 算机的结构均为冯· 诺依曼结构，其示意图如图15所示，可以与图1-6所示的主板结构实际对应。
图1-5 微型计算机的基本组成
图1-6 计算机主板结构
第1章 微型计算机系统概述
1.1
微型计算机概况
1.2
微型计算机系统的组成世纪人类最伟大的发明之一。随 着计算机的广泛应用，人类社会生活的各个方面 都发生了巨大的变化，特别是随着微型计算机技 术和网络技术的高速发展，计算机逐渐走进了人 们的家庭，改变了人们的生活方式。在21世纪， 不会使用计算机的人会被认为是文盲。计算机逐 渐成为人们生活和工作不可缺少的工具，掌握计 算机的使用也成为人们必不可少的技能。本章的 主要任务是从基本软硬件上认识微型计算机的系 统结构，了解系统的组成。