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/O)
接口电路和相应的
辅助电路而构成的
裸机。
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。
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。
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。
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。
分类
工作站
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
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。
个人计算机
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。
嵌入式计算机
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。
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。
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
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
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。
运算速度
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 Per Second)来表示。这个指标更能直观地反映机器的速度。
存储容量
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。大多数微机的内存容量已达到4GB。
存取周期
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。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。