微型計算機系統

微型計算機系統簡稱“微機系統”。是由微型計算機、顯示器、輸入輸出設備、電源及控制面板等組成的計算機系統。配有操作系統、高級語言和多種工具性軟件等。

“微機系統”是20世紀最重要的科技成果之一。它是一種能自動、高速、精確地處理信息的現代化電子設備，計算機具有算術運算和邏輯判斷能力，並能通過預先編好的程序來自動完成數據的加工處理，因此，也可以説計算機也是一種幫助人類從事腦力勞動(包括記憶、計算、分析、判斷、設計、諮詢、診斷、決策、學習和創造等思維活動)的工具。現在，計算機的應用已深入到社會的各個角落，極大地改變着人們的工作、學習和生活方式，成為信息時代的主要標誌。

計算機從誕生到現在不過半個多世紀， 但是它的發展速度是驚人的， 它把人 類的計算速度提高了數千億倍。計算機的發展先後經歷了電子管、 晶體管、 大規模集成電路和超大規模集成電路為主要器件的四個發展時代。 預計在不久的將來，將誕生以超導器件、電子仿真、集成光路等技術支撐的第五代計算機。計算機總的發展趨勢是朝着巨型化、微型化、網絡化、智能化、多媒體化發展。1946年2月，在美國賓夕法尼亞大學誕生了世界上第一台計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)。這台計算機由電子管組成，每秒可進行5000次的加法運算，而且採用了著名的數學家馮·諾依曼(Von.Neumann，美籍匈牙利人) 的“存儲程序” 的設計思想， 即採用二進制計算、存儲程序並在程序控制下自動執行的思想。以後，這種模式的計算機被稱為“馮 · 諾依曼機” 。 計算機發展至今， 一直沿用“存儲程序” 的思想。這是計算機科學發展史上的一個重要里程碑，它奠定了計算機發展的科學基礎。

電子管數字計算機（1946—1958年）；硬件方面，邏輯元件採用真空電子管，主存儲器採用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯；外存儲器採用磁帶。軟件方面採用機器語言、彙編語言。應用領域以軍事和科學計算為主。特點是體積大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般為每秒數千次至數萬次）、價格昂貴，但為以後的計算機發展奠定了基礎。

晶體管數字計算機（1958—1964年）；硬件方面，邏輯元件採用晶體管，主存儲器採用磁芯，外存儲器採用磁盤。軟件方面出現了以批處理為主的操作系統、高級語言及其編譯程序。應用領域以科學計算和事務處理為主，並開始進入工業控制領域。特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高（一般為每秒數十萬次，可高達300萬次）、性能比第1代計算機有很大的提高。

集成電路數字計算機（1964—1970年）；硬件方面，邏輯元件採用中、小規模集成電路（MSI、SSI），主存儲器仍採用磁芯。軟件方面出現了分時操作系統以及結構化、規模化程序設計方法。特點是速度更快（一般為每秒數百萬次至數千萬次），而且可靠性有了顯著提高，價格進一步下降，產品走向了通用化、系列化和標準化。應用領域開始進入文字處理和圖形圖像處理領域。

大規模集成電路計算機（1970年至今）；硬件方面，邏輯元件採用大規模和超大規模集成電路（LSI和VLSI）。軟件方面出現了數據庫管理系統、網絡管理系統和面嚮對象語言等。特點是1971年世界上第一台微處理器在美國硅谷誕生，開創了微型計算機的新時代。應用領域從科學計算、事務管理、過程控制逐步走向家庭。

第五代計算機是人類追求的一種更接近人的人工智能計算機。它能理解人的語言，以及文字和圖形。人無需編寫程序，靠講話就能對計算機下達命令，驅使它工作。新一代計算機是把信息採集存儲處理、通信和人工智能結合在一起的智能計算機系統。它不僅能進行一般信息處理，而且能面向知識處理，具有形式化推理、聯想、學習和解釋的能力，將能幫助人類開拓未知的領域和獲得新的知識。

一台完整的微型計算機系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成。

1、中央處理器

中央處理器（Central Processing Unit，CPU）製作在一塊集成電路芯片上，也稱為微處理器（Micro Processor Unit，MPU）。計算機利用中央處理器處理數據，利用存儲器來存儲數據。CPU是計算機硬件的核心，主要包括運算器和控制器兩大部分，控制着整個計算機系統的工作。計算機的性能主要取決於CPU的性能。

運算器又稱為算術邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU）。操作時，控制器從存儲器取出數據，運算器進行算術運算或邏輯運算，並把處理後的結果送回存儲器。

控制器的主要作用是使整個計算機能夠自動的運行。執行程序時，控制器從主存中取出相應的指令數據，然後向其他功能部件發出指令所需的控制信號，完成相應的操作，再從主存中取出下一條指令執行，如此循環，直到程序完成。

存儲器是計算機中的記憶存儲部件。存儲器既能夠接受和保存數據，又能夠向其他部件提供數據。存儲器分為內存和外存兩大類。

在計算機系統中，習慣上把內存、CPU合稱為主機。

（1）內存

內存儲器分為隨機讀/寫存儲器（Random Access Memory，RAM）、只讀存儲器（Read OnlyMemory，ROM）和高速緩衝存儲器（Cache）三類。內存一般指的是RAM。

（2）外存儲器

外存儲器主要包括硬盤、光盤、U盤和移動硬盤等。

3、輸入設備

輸入設備主要包括鍵盤、鼠標等。

（1）鍵盤

鍵盤是計算機的標準輸入設備。通過鍵盤可以向計算機輸入各種指令、程序、數據等。

（2）鼠標

鼠標是微機的標準輸入設備，使用鼠標可以方便地對圖形界面中的圖標和菜單等進行可視化操作。目前微機上使用的主要是第2代光電鼠標，採用即插即拔的USB接口。

4、輸出設備

輸出設備主要有顯示器和打印機等。

(1)顯示器

顯示器是微機必備的“軟拷貝”輸出設備，比較常見的是陰極射線管顯示器（Cathode Ray Tube，CRT）和液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）

（2）打印機

打印機是微機的常用的“硬拷貝”輸出設備。在顯示器上輸出的圖像只能當時查看。為了將圖像長久保存，就需要使用打印機輸出。

硬件是組成計算機的基礎，軟件才是計算機的靈魂。計算機的硬件系統上只有安裝了軟件後，才能發揮其應有的作用。使用不同的軟件，計算機可以完成各種不同的工作。配備上軟件的計算機才成為完整的計算機系統。

針對某一需要而為計算機編制的指令序列成為程序。程序連同有關的説明文檔構成軟件。微型計算機系統的軟件分為兩大類，即系統軟件和應用軟件。系統軟件支持機器運行，應用軟件滿足業務需求。

系統軟件是指由計算機生產廠或“第三方”為管理計算機系統的硬件和支持應用軟件運行而提供的基本軟件，最常用的有操作系統、程序設計語言、數據庫管理系統、聯網及通信軟件等。

（1）操作系統

操作系統（Operating System，OS）是微機最基本、最重要的系統軟件。它負責管理計算機系統的各種硬件資源（例如CPU、內存空間，磁盤空間、外部設備等），並且負責將用户對機器的管理命令轉換為機器內部的實際操作。例如WIndowsXP、Windows2000等。

（2）程序設計語言

計算機語言分為機器語言、彙編語言和高級語言。機器語言的運算效率是所有語言中最高的；彙編語言是“面向機器”的語言；高級語言不能直接控制計算機的各種操作，編譯程序產生的目標程序往往比較龐大、程序難以優化，所以運行速度較慢。

（3）數據庫管理系統

數據庫管理系統（DateBase Management System，DBMS）是安裝在操作系統之上的一種對數據進行統一管理的系統軟件，主要用於建立、使用和維護數據庫。微機上比較著名的數據庫管理系統有Access、Oracle、SQL server、Sybase等。Access是小型數據庫管理系統，適合於一般的商務活動，而SQL Server是大型數據庫管理系統，適用於中小企業的業務應用。

（4）聯網和網絡管理系統軟件

網絡上的信息資源要比單機上豐富得多，因此出現了專門用於聯網和網絡管理系統軟件。例如著名的網絡操作系統NetWare、UNIX、Linux、WindowsNT等。

應用軟件是指除了系統軟件以外，利用計算機為解決某類問題而設計的程序的集合，主要包括信息管理軟件、輔助設計軟件、實時控制軟件等。

（1）辦公軟件

微型計算機的一個很重要的工作就是日常辦公，微軟開發的Office2003辦公軟件包含WOrd文字處理軟件、電子表格Excel、演示文稿PowerPoint和數據庫管理系統Access等組件。這些組件協同使用，基本可以滿足日常辦公的也許需要。

（2）工具軟件

常用的工具軟件有壓縮/解壓縮工具、殺毒工具、下載工具、數據備份與恢復工具、多媒體播放工具以及網絡聊天工具等。例如Winrar、Winzip、Rising、Ghost、Thunder、QQ等。

（3）信息管理軟件

信息管理軟件用於對信息進行輸入、存儲、修改、檢索等，例如工資管理軟件、人事管理軟件、倉庫管理軟件等。這種軟件一般需要數據庫管理系統進行後台支持，使用可視化高級語言進行前台開發，形成客户機/服務器（Cliet/Server,C/S）或瀏覽器/服務器（Browse/Server，B/S）體系結構，簡稱MIS（Management Information System，MIS）。

（4）輔助設計軟件

輔助設計軟件用於高效地繪製、修改工程圖紙，進行設計中的常規計算，幫助用户尋求好的設計方案，例如二維繪圖設計、三維幾何造型設計等。這種軟件一般需要AutoCAD和程序設計語言、數據庫管理系統等的支持。

（5）實時控制軟件

實施控制軟件用於隨時獲取生產裝置、飛行器等的運行狀態信息，並以此為依據按預定的方案對其實施自動或半自動控制。這種軟件需要彙編語言或C語言的支持。

由於微機具有體積小、價格低、耗電少等優點， 所以它的應用範圍十分廣闊。 歸納起來， 目前有如下幾個應用領域。

1、科學計算

許多現代微型計算機系統具有較強的運算能力，這是在過去只有大、中、小型機才具有的。特別是多個微處理器構成的系統，其功能往往可與大型機相匹敵，而成本卻低到足以使大型機趨於淘汰。比如，美國Seguent公司用30個Intel 80386集合起來，構成Symmetry計算機，速度為120 MIPS，達到IBM 3090系列最高檔大型機的性能，價格卻不到後者的十分之一。用更多的微處理器構成的並行處理機甚至可以超過大型機的速度和性能。比如，Intel 公司用128個微處理器構成的IPSC機，速度達512 MIPS，這比任何一種商用大型機的速度都高。Intel 公司用一台32個微處理器構成的IPSC機運行一個廣泛使用的科學計算程序，結果比Cray公司的大型機X-MP/2快40%。

2、信息處理和事務管理

短時間內完成對大量信息的處理是信息時代的必然要求。微型計算機配上數據庫管理軟件以後，可以很靈活地對各種信息按不同的要求進行分類、檢索、轉換、存儲和打印，加上一些專用部件（如傳感器）後，還可以處理光、熱、力、聲等物理信號。

3、過程控制

過程控制是微機系統應用最多，也是最有效的方面之一。現在，在製造工業和日用品生產廠家中都可以看到微機控制的自動化生產線，微機在這些部門的應用為生產能力和產品質量的迅速提高開闢了廣闊前景。

4、儀器儀表控制

在儀器儀表，特別是電子設備中，已逐步用微處理器取代了傳統的機械部件或分離的電子部件，這大大提高了產品的性能/價格比。此外，微處理器的應用還導致了一些新儀器——智能儀器的誕生。如智能示波器、邏輯分析儀等，它使得人們能同時觀察眾多的信號波形及它們之間的時序關係。在醫學領域，出現了以微處理器為核心控制部件的CT掃描儀、超聲掃描儀等智能化的醫療設備，這就大大提高了對疾病的確診速度和確診率。

5、計算機輔助教學、輔助設計等

隨着微機系統軟、硬件的不斷豐富，逐步改善着人們的生活和生產方式。比如，用微機輔助設計（CAD）機械、電子等產品，可以降低成本、縮短研製週期；用微機輔助測試（CAT）數字設備、集成電路性能指標或檢查設備故障等，可以節約測試時間、提高測試準確率及避免重大事故的發生；用微機輔助教學（CAI），可提高學習者的學習興趣和學習效率。目前各高校都在建設越來越多的多功能教室，改變着傳統的教育方法；此外，在日常生活中也在不斷湧現輔助服裝設計（客體服裝設計）、電腦選髮型等用微機提供的各種全新的服務項目。

6、計算機網絡與通信

計算機網絡是指把若干台地理位置不同，且具有獨立功能的計算機通過通信設備和線路互連起來，以實現信息傳輸和資源共享的一種計算機系統。

計算機技術和通信技術的迅速發展與緊密結合使計算機不僅用於科學計算、工業控制等，也更多的用於信息的收集、加工、處理和傳輸。計算機網絡使人們能將計算機“羣集”起來，快速而有效的發揮系統的整體效益。Internet功能的不斷增加和用户的不斷擴充，使地球變為一個村莊。微機作為信息高速公路（一種高速信息網絡體系）的終端其功能是電話、電視、多媒體電腦彙集而成的“家庭信息中心”，它是一個新的高技術浪潮，在它的衝擊下，我們的生活方式和工作方式都將改變。

1) 體積小、質量輕、功耗低；由於微機中廣泛採用了大規模和超大規模集成電路，從而使微機的體積大大縮小。例如PentiumII將750萬個晶體管電路僅集成在130.9mm²芯片面積上，它工作在266MHz主時鐘頻率下的功耗僅為38.2W。隨着超大規模集成電路技術的不斷髮展，今後推出的微處理器集成度會更高。

2) 可靠性高、使用環境要求低由於微機採用大規模和超大規模集成電路，系統內使用的器件數量減少，器件、部件之間的連線以及接插件數目也相應地減少，而且MOS電路本身工作所需的功耗也很低，所以微機的可靠性大大提高。進而降低了對使用環境的要求。普通家庭、辦公室環境就可滿足要求，促進了微機的普及。

3) 結構簡單、系統設計靈活、適應性強、使用方便微機多采用模塊化的硬件結構，構成系統的各功能部件和各種適配器通過標準的總線插槽相連， 增加了系統擴充的靈活性和方便性。現代微處理器芯片及其相應的支持邏輯、I/O接口等都有標準化、系列化的產品，用户可根據不同的應用要求選擇不同的功能部件， 而且功能性強使用方便，加速了微機的應用和普及。

4) 應用軟件的配置豐富軟件是計算機的靈魂， 從系統軟件到應用軟件可方便地構成不同規模的微機系統，從而使微機具有很強的適應性。

5) 性能價格比高性能價格比是指機器性能與售價之比，是衡量產品性能優劣的一個綜合指標。 許多高性能的微機的性能已經達到或超過了中小計算機甚至大型計算機、工作站的水平，但其價格要比它們低很多。微機優良的性能價格比是其能廣泛應用基礎，同時又進一步促進了微機技術的發展。