微型计算机的组成、类型和发展
吴国发
（2020年7月14日）
内容提要：本文先介绍微型计算机的基本概念；再介绍微型计算机系统的硬件和软件，以及个人计算机(PC)的分类；然后，简要叙述了微型计算机发展的历史。
关键词：微型计算机 硬件 软件 PC x86 英特尔公司 微软公司 IBM
（A）微型计算机的基本情况
微型计算机简称“微型机”、“微机”，也称为“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。微型机的硬件以微处理器为基础。通用微型机的软件主要是操作系统、办公套件等。
微型计算机与美国英特尔(Intel)公司密切相关。
1971年11月，英特尔公司推出了世界上第一个微处理器4004。这是4位字长处理芯片。
微处理器是由一片或几片大规模集成电路组成的中央处理单元 (Central Processing Unit，CPU）。这些电路执行控制器、运算器（算术逻辑部件）和内存储器（又称主存储器）的功能。
微型计算机是使用微处理器作为CPU的计算机。微型机属于第四代计算机。
完整的微型计算机系统包括两大部分：硬件(Hardware)和软件(Software)。没有安装任何软件的微型机称为裸机。
微型计算机硬件是构成微型机的所有电子器件、机械设备的总称。微型机软件是计算机的程序和相应的数据以及文档的总称。
微型机除了硬件、软件以外，还有“固件(Firmware)”。把微型机系统启动、运行时经常被调用并且不需要改动的程序存储在只读存储器(ROM)芯片中，即把软件固化在硬件(ROM)中，这就成为固件。
桌面计算机，笔记本电脑，平板电脑，游戏机，嵌入式计算机，以及种类众多的手持智能设备都属于微型计算机。飞机、汽车、机器人等复杂的智能设备中都有嵌入式计算机。
微型计算机的大多数设备都紧密地安装在一个单独的机箱中，该机箱称为主机。也有一些设备可能放置在机箱附近并与之连接，例如显示器、键盘、鼠标，等等。
通用桌面计算机可以分成个人计算机(PC)、网络服务器(Server)、网络工作站(Workstation)。
个人计算机(PC)只提供单用户服务。
如果微型机运行Windows Server（微软服务器，以前是Windows NT）或Unix操作系统，那么PC机和若干个工作站就形成一个小型计算机网络，多个用户共享服务器PC上的软件和其它资源。
与CPU一同工作的数据存储器有两种：内存储器和外存储器。内存储器包括只读存储器ROM和随机存取存储器RAM。
完整的微型计算机的其它设备有电源和各种输入/输出设备。
（B）微型计算机的硬件系统
（一）微型机的硬件系统概述
典型的微型机硬件系统由控制器、运算器（算术逻辑部件）、存储器和输入/输出设备组成。计算机存储器包括主存储器（内存储器）和辅助存储器（外存储器）。
由控制器、运算器和主存储器组成中央处理单元(CPU)。CPU电路都集成在芯片内。CPU是计算机硬件系统的核心。
国际上使用最广的微型机芯片是美国英特尔公司的x86架构的芯片。美国AMD公司研制的芯片也具有x86架构。
中国科学院计算技术研究所研制的龙芯已经在中国得到很多应用。
计算机输入/输出设备与辅助存储器合称为计算机外围设备。
（二）微型机硬件的部件简介
（1）主板：主板是计算机中各个部件工作的一个平台。主板把计算机的各个部件紧密连接在一起。主板上面安装了组成计算机的主要电路系统，有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。
（2）CPU：CPU即中央处理器，是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存器，以及控制总线构成。
（3）内存：内存有只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。它由电路板和芯片组成。RAM的容量可以从1MB（100万字节）到100多 GB（1GB=1024MB）。
（4）硬盘：硬盘属于外部存储器，由金属磁片制成。磁片有记忆功能。硬盘容量很大，目前已达TB（1TB=1024GB，万亿字节）级。
（5）声卡：声卡将计算机中的声音数字信号转换成模拟信号送到音箱上发出声音。
（6）显卡：显卡在工作时与显示器配合输出图形，文字。
（7）网卡：网卡的作用是充当计算机与网线之间的桥梁。它是用来建立局网并连接到Internet的重要设备之一。
（8）调制解调器：它的作用是将计算机上处理的数字信号转换成电话线传输的模拟信号。调制解调器逐渐退出了市场。
（9）软盘驱动器（软驱）：软驱用来读取软盘中的数据。软盘现已被淘汰。
（10）光盘驱动器（光驱）：用来读写光盘内容的部件。随着多媒体的应用越来越广泛，使得光驱在计算机诸多配件中已经成为标准配置。
（11）显示器：显示器的作用是把计算机处理完的结果显示出来。显示器分为CRT、LCD、LED三大类。
（12）键盘：键盘是主要的输入设备，通常为104键或105键，用于把文字、数字等输到计算机上。
（13）鼠标：当人们移到鼠标时，能够快速地在屏幕上定位。键盘鼠标接口有PS/2和USB两种。
（14）音箱：通过它可以把计算机中的声音播放出来。
（15）打印机：通过它可以把计算机中的文件打印到纸上。打印机分成针式打印机、喷墨打印机、激光打印机三大类。多功能打印机具有打印、复印、扫描等功能。
（16）视频设备，如摄像头、扫描仪、数码相机、数码摄像机、电视卡等设备，用于处理视频信号。
（17）闪存盘：通常也被称作优盘、U盘、闪盘。闪存盘一般包括闪存（Flash Memory）、控制芯片和外壳。闪存盘可以多次擦写。闪存盘的存储容量从1GB至64GB。
（18）移动存储卡：又称为闪存卡，一般应用在掌上电脑、智能手机、数码相机等产品中作为存储介质。闪存卡有SmartMedia（SM卡）、Compact Flash（CF卡）、Multi Media Card（MMC卡）、Secure Digital（SD卡）、Memory Stick（记忆棒）、TF卡等多种类型。
（19）移动存储卡的读卡器：由于闪存卡本身并不能被计算机直接辨认，必须有读卡器（Card Reader）才能辨认、读取闪存卡的内容。
（20）电源供应器件（Power Supply Unit，PSU），一般安装在主机内部。PSU的作用是将220V交流电转换为电脑中使用的5V、12V、3.3V直流电。手提电脑中有锂电池，为手提电脑提供电能。
（C）微型计算机的软件系统
微型机的软件系统包括系统软件和应用软件。
（一）微型机的系统软件
微型机的系统软件包括操作系统、计算机语言编译器和解释器、数据库管理系统、系统工具等。
（a）操作系统
微型机的系统软件包括操作系统(OS)、语言编译程序、系统工具、数据库管理系统(DBMS)等。
微型机系统软件的核心是操作系统(Operating System，OS)。操作系统分成单用户OS和多用户OS。
使用最广的单用户微型机操作系统是微软(Microsoft)公司的Windows（视窗），占全球微型机市场份额的大约90%；其次是苹果公司的Mac OS和开源的单用户Linux（读音“莱讷克斯”或“里尼克斯”）。
当微型机作为网络服务器时，必须使用多用户操作系统。常用的多用户OS有Windows Server，UNIX（包括Linux，Solaris，BSD Unix，HP-UX，AIX）。
（b）计算机语言编译器和解释器
要把用计算机语言编写的程序转换成机器语言（有2进制数字0、1表示），才能被计算机识别、执行。根据计算机程序设计语言的特征，分别用编译器和解解释器把程序转换成机器语言。
微型机的程序设计语言有汇编语言、高级程序设计语言。
高级程序设计语言又分成面向过程的程序设计（Process Oriented Programming，POP）语言和面向对象的程序设计（Object Oriented Programming，OOP）语言。
常用的面向过程的高级程序设计语言有C，BASIC，FORTRAN，COBOL，Pascal，等等。
常用的面向对象的高级程序设计语言有Java，SmallTack，Eiffel（源于著名的法国艾菲尔铁塔）。
Java兼有POP和OOP的功能。
C 语言具有OOP的功能。C 是C语言的一个向上兼容的扩充，而不是一种新语言。
（c）数据库管理系统
数据库管理系统(Database Management System，DBMS)分成单用户DBMS和多用户DBMS两种。
常用的单用户微型机DBMS有dBase，FoxPro，Access，Personal Oracle，mSQL。
在作为网络服务器的微型机上，必须用多用户DBMS。常用的多用户DBMS有Oracle，Sybase，DB2，Informix，SQL Server，MySQL（开源、免费DBMS）。
（二）微型机的应用软件
微型机的应用软件分成下列两类：
（1）通用软件：用途很广的通用的应用软件如下：
办公套件 Microsoft Office；企业管理软件SAP；绘图工具 Adobe PhotoShop，CorelDraw；网站设计工具 Adobe Dreamweaver；电脑辅助设计 AutoCAD；电脑辅助制造 StartCAM；统计分析软件SAS，SPSS；数据分析与图像处理软件MATLAB；等等。
（2）专用软件：各个领域和各行各业的计算机专用软件不计其数。
（D）个人计算机（PC）的类型
1、台式计算机（Desktop）
台式计算机也叫桌面机，其主机、显示器等设备是相对独立的。台式计算机一般放置在电脑桌或者专门的工作台上，因此命名为台式机。台式机是近30年来最流行的微型计算机。但是，近几年台式机正在逐步被电脑一体机取代。
2、电脑一体机
电脑一体机，是由一台显示器、一个电脑键盘和一个鼠标组成的电脑。它的主板与显示器集成在一起。显示器就是一台电脑。电脑一体机的键盘、鼠标与显示器可实现无线链接，机器只有一根电源线。有的电脑一体机还具有电视接收功能。
3、笔记本电脑（Notebook或Laptop）
笔记本电脑也称手提电脑或膝上型电脑，是一种小型、可携带的个人电脑。它和台式机架构类似，但是提供了更好的便携性。笔记本电脑可以大体上分为六类：商务型，时尚型，多媒体应用型，上网型，学习型，特殊用途型。
4、平板电脑
平板电脑是一种无须翻盖、没有键盘、大小不等、形状各异，却功能完整的电脑。平板电脑的构成组件与笔记本电脑基本相同，但它是利用触笔在屏幕上书写，而不是使用键盘和鼠标输入。它除了拥有笔记本电脑的所有功能外，还支持手写输入和语音输入。
5、掌上电脑（PDA）
掌上电脑是一种小巧、轻便、易带、实用、价廉的手持式计算设备，运行嵌入式操作系统和内嵌式应用软件。掌上电脑可以用来管理个人信息（如通讯录，计划等），上网浏览，收发电子邮件；可以当作手机使用；还具有录音机功能、英汉汉英词典功能、全球时钟对照功能、休闲娱乐功能，等等。
目前，世界上使用最广的掌上电脑是苹果公司的iPad。
（E）微型计算机的发展历程
微型计算机的发展历程与美国英特尔(Intel)公司密切相关，可以说微型计算机的发展史基本上就是英特尔公司的发展史。
美国英特尔(Intel)公司于1968年7月18日在美国加利福尼亚州硅谷创建。
至今，微处理器和微型机的发展经历了五代。
第一代：1971-1972年，4位微处理器和微型计算机。
1971年，英特尔公司研制出采用微处理器4040的MCS-4微型计算机。它的字长为4位，平均指令执行时间为20μs，晶体管数目约为2300个。当年，Intel 4004处理器每个售价为200美元。
第二代：1972-1977年，8位微处理器和微型计算机。
1972年4月，英特尔公司推出了第一个8位微处理器8008，其运算能力是4004的两倍。Intel 8008晶体管数目约为3500个。
1974年，英特尔公司推出8080处理器。Intel 8080晶体管数目约为6000个。
1974年，摩托罗拉(Motorola)公司推出了8位微处理器M6800。芯片中集成了6800个晶体管。
1975年，以Intel 8080为中央处理器(CPU)的世界第一台微型计算机Altair问世。Altair是微型仪器与自动测量系统公司(MITS)研制的。Altair在《星舰奇航》电视影集中是企业号太空船的目的地。Altair组件在几个月内卖出了数万套，售价每套395美元。该计算机带有1KB存储器。Altair没有操作系统。
1975年，年仅19岁的比尔·盖茨（Bill Gates）创立了微软（MIcrosoft）公司。微软公司的第一件产品BASIC是在Altair上运行的。
第二代微型机通常配备了高级程序设计语言BASIC、FORTRAN、Algol等。
第三代：1978-1984年，16位微处理器和微型计算机。
1978年，英特尔公司推出了16位微处理器8086。芯片中集成了29000多个晶体管，时钟频率为4MHz。
1981年8月，IBM公司推出个人微型机IBM PC（Personal Computer）。
1982年，英特尔公司推出了80286微处理器。从此，“x86”系列微处理器逐步发展，更新换代：80386，80486，等等。
80286芯片内部含有13.4万只晶体管，时钟频率提高到20MHz，平均指令执行时间为0.2μs，可寻址16MB内存。80286 CPU在硬件设计上支持多用户、多任务的处理。
第三代微型机的操作系统是DOS。
第四代：1985-1992年，32位微处理器和微型计算机。
1985年10月，英特尔公司发布了第一款32位微处理器80386，其芯片内含27.5万只晶体管，时钟频率逐步提高到33MHz，可寻址4GB内存。
1985年，微软公司推出Windows 1.0，作为使用微处理器Intel 80386 作CPU的微型机的操作系统。1987年12月，Windows 2.0发布。
1989年，英特尔公司推出了80486微处理器。Intel 80486芯片集成的晶体管数量为120万个。
第五代：1992年-现在，64位微处理器和微型计算机。
1992年，美国数据设备公司(DEC)率先推出第一个64位微处理器Alpha 21064，意思是21世纪的64位微处理器。
1993，英特尔公司推出第一代32位Pentium（奔腾）微处理器。为了摆脱486时代处理器名称混乱的困扰，英特尔公司把自己新一代产品命名为Pentium（奔腾），拉丁文Pent表示“第五”。Intel Pentium处理器晶体管数目为310万颗。1997年，英特尔公司推出Intel Pentium II；1999年，Intel Pentium III；2000年，Intel Pentium 4，频率达到2 GHz。2002年，公司推出Intel Pentium 4HT；2003年，Intel Pentium 4HT处理器频率达到3.2 GHz（每秒32亿次）。
1995年，IBM公司和摩托罗拉(Motorola)公司联合推出64位微处理器Power PC 620。2003年，AMD推出了x86架构的首款64位处理器Athlon 64。2007年，IBM公司推出64位微处理器Power 6。
1995年，微软公司推出了Windows 95，它是第一个不要求先安装DOS的32位操作系统。从此，DOS退出了历史舞台。
2001年，英特尔公司与惠普公司（Hewlette-Pachard，HP）联合推出64位微处理器Itanium（安腾）。2002年，他们推出Itanium -2；2003年他们推出Itanium-3。
2001年，IBM公司率先推出集成2个Power 3核心的Power 4双核处理器，开辟了微处理器的多核时期。
2005年，IBM、AMD和SUN公司分别推出双核处理器Power5、Opteron、UltraSPARC IV。
2005年10月，英特尔公司推出内含2个处理核心的Intel Pentium D 处理器，开始了x86处理器多核心时期。
2006年，英特尔公司推出Core微架构桌面处理器Core 2 Duo，处理器内含2.91亿个晶体管。同年12月，公司推出4和处理器Clovertown。
多核微处理器是在一个芯片中集成2个或多个处理内核的微处理器。
在微型机的第五代，系统软件和应用软件在不断发展、更新。尤其是各行各业的应用软件，层出不穷。在“微型计算机的软件系统”那一节所述的软件，大部分都是在第五代时期开发、应用的。
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