微机系统概述是什么?
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发布时间：2022-05-05 12:54
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时间：2022-06-27 12:54
从上世纪五十年代诞生第一台以来，的发展很快，不仅有运算速度高达万亿次的并行计算机，也有应用于学习和实验室工作的微机，还有广泛应用于工业生产和人们日常生活的嵌入式微处理器和系统。 又叫PC机.
计算机的发展
1943 年美国为解决复杂的导弹计算而开始研制电子计算机。 1946 年 2 月，由美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的物理学博士莫克利和电气工程师埃克特领导的研制小组，研制成了世界上第一台数字式电子计算机 ENIAC （ Electronic Numerical Integrator And Calculator ）。这台计算机使用了约 18000 个电子管、 1500 个继电器，耗电量达 150kW ，占地面积 167m 2 ，重量约 30 吨，计算速度每秒 5000 次，采用字长 10 位的十进制计数方式，编程通过接插线进行。
1944 年，著名的数学家冯·诺依曼获知 ENIAC 的研制，在以后的 10 个月里，他参加了为改进 ENIAC 而举行的一系列专家会议，研究了新型计算机的系统结构。在由他执笔的报告里，提出了采用二进制计算、存储程序，并在程序控制下自动执行的思想。按照这一思想，新机器将由运算、控制、存储、输入、输出等五个部件构成，报告还描述了各部件的职能和相互间的联系，以后这种模式的计算机称为冯·诺依曼机，如图 1.2 所示。
运算器是计算机对各种数据进行运算，对各种信息进行加工、处理的部件，是计算机数据处理的中心。
存储器是计算机存放各种数据、信息和程序的部件，不管是原始输入待处理的数据、中间运算结果、还是待输出的最终结果以及计算机执行的程序代码，都存放在存储器中，存储器又分为主存储器（又称内存）和辅助存储器（又称外存）。
输入设备为计算机输入各种原始信息，包括：数据、程序和文字等，并将他们转换成计算机能识别的二进制代码。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、手写板及数码相机等。
输出设备将计算机运算处理的各种结果送出供判读和识别。常用的输出设备有显示器、打印机、音箱等。
输入、输出设备是人机交互的设备，统称为外部设备，简称外设。
控制器对程序代码进行解释并产生各种控制信号，从而进一步控制计算机中的各个部件的协调运行。程序代码是程序员根据具体要求而编制的。
1949 年，英国剑桥大学的威尔克斯等人在 EDSAC （ Electronic Delay Storage Automatic Calculator ）机上实现了这种模式。时至今日，电子计算机的发展已经经历了四代，虽在技术上不断发展和完善，但基于冯·诺依曼机的基本结构仍未有大的改变。
电子计算机发展的四个阶段是：
第一代（ 1946 ～ 1957 ），以电子管为逻辑部件，以阴极射线管、磁芯和磁鼓等为存储手段。软件上采用机器语言，后期采用汇编语言。
第二代（ 1958 ～ 1965 ），以晶体管为逻辑部件，内存用磁芯，外存用磁盘。软件上广泛采用高级语言，并出现了早期的操作系统。
第三代（ 1966 ～ 1971 ），以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件上广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络。
*（ 1971 至今），以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。另外，网络操作系统、数据库管理系统得到广泛应用。微处理器和微型计算机也在这一阶段诞生并获得飞速发展。
微型计算机的发展
微型计算机的发展主要表现在其核心部件——微处理器的发展上，每当一款新型的微处理器出现时，就会带动微机系统的其它部件的相应发展，如微机体系结构的进一步优化，存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高，外围设备性能的不断改进以及新设备的不断出现等。
根据微处理器的字长和功能，可将微型计算机的功能划分为以下几个阶段：
第一阶段（ 1971 ～ 1973 年）是 4 位和 8 位低档微处理器时代。通常称为第一代，其典型产品是 Intel4004 和 Intel8008 微处理器和分别由它们组成的 MCS-4 和 MCS-8 微机。基本特点是采用 PMOS 工艺，集成度低（ ￡ 4000 个晶体管 / 片），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（ 20 多条指令），基本指令周期为 20 ～ 50 μ s ，用于家电和简单的控制场合。
第二阶段（ 1974 ～ 1977 年）是 8 位中高档微处理器时代。通常称为第二代，其典型产品是 Intel8080/8085 、 Motorola 公司的 MC6800 、 Zilog 公司的 Z80 等，以及各种 8 位单片机，如 Intel 公司的 8048 、 Motorola 公司的 MC6801 、 Zilog 公司的 Z8 等。它们的特点是采用 NMOS 工艺，集成度提高约 4 倍，运算速度提高约 10~15 倍（基本指令执行时间 1 ～ 2 μ s ），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 CM/P 就是当时流行的操作系统。
第三阶段（ 1978 ～ 1984 年）是 16 微处理器时代。通常称为第三代，其典型产品是 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（ 20000~70000 晶体管 / 片）和运算速度（基本指令执行时间是 0.5 μ s ）都比第二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、段式存储机构、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 （ Personal Computer ）。 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，并增加了一个硬磁盘驱动器。 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。
第四阶段（ 1985 ～ 1992 年）是 32 位微处理器时代，又称为*。其典型产品是 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（ MIPS ， Million Instructions Per Second ）。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。
第五阶段（ 1993 年以后）是奔腾（ Pentium ）系列微处理器时代，通常称为第五代。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。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 SSE 2 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。 Intel 公司在不同时期生产的 80X86 系列微处理器参见表 1.5
