微型计算机的发展、现状及趋势
摘要：Microcomputer is an electronic computer, according to their performance index classification for namely microcomputer. It consists of microprocessor (core), storage, input and output, the system bus, etc. It is characterized by small volume, price cheap, flexible and convenient use. Since 1980s, the microcomputer type more volume, smaller, more stronger.
微机是电子计算机的一种，是根据其性能指标分类称其为即微型计算
机。它由微处理机(核心) 、存储片、输入和输出片、系统总线等组成。它的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。20世纪80年代以来，微型计算机的类型越来越多，体积越来越小，功能越来越强。
关键字：微型计算机 发展 现状 趋势
1 微机发展的标志——CPU 的发展历程.
一、第一代(1971~1973)：4位或低档8位微处理器和微型机
代表产品是美国Intel 公司首先的4004微处理器以及由它组成的MCS-4微型计算机(集成度为1200晶体管/片) 。随后又制成8008微处理器及由它组成的MCS-8微型计算机。第一代微型机就采用了PMOS 工艺，基本指令时间约为10~20µS，字长4位或8位，他的特点是:指令系统比较简单，运算功能较差，速度较慢，系统结构仍然停留在台式计算机的水平上，软件主要采用机器语言或简单的汇编语言，其价格低廉。
二、第二代(1974~1978)：中档的8位微处理器和微型机
其间又分为两个阶段，1973-1978年为典型的第二代，以美国Intel 公司的8080和Motorola 公司的MC6800为代表，集成度提高1~2倍，(Intel 8080集成度为4900管/片) ，运算速度提高了一个数量级。1976-1978年为高档的8位微型计算机和8位单片微型计算机阶段，称之为二代半。高档8位微处理器，以美国ZILOG 公司的Z80和Intel 公司的8085为代表，集成度和速度都比典型的第二代提高了一倍以上(Intel 8085集成度为9000管/片) 。8位单片微型机以Intel 8048/8748(集成度为9000管/片),MC6801,MOSTEK F81/3870,Z80等为代表，它们主要用于控制和智能仪器。总的来说，第二代微型机的特点是采用NMOS 工艺，集成度提高1~4倍，运算速度提高10~15倍，基本指令执行时间约为1~2µS，指令系统比较完善，已具有典型的计算机系统结构以及中断、DMA 等控制功能，寻址能力也有所增强，软件除采用汇编语言外，还配有BASIC ，FORTRAN ，PL/M等高级语言及其相应的解释程序和编译程序，并在后期开始配上操作系统。
三、第三代(1978~1981)：16位微处理器和微型机
代表产品是Intel 8086(集成度为29000管/片) ，Z8000(集成度为17500管/片) 和MC68000(集成度为68000管/片) 。这些CPU 的特点是采用HMOS 工艺，基本指令时间约为0.05µS，从各个性能指标评价，都比第二代微型机提高了一个数量级，已经达到或超过中、低当小型机(如PDP11/45)的水平。这类16位微型机通常都具有丰富的指令系统，采用多级中断系统、多重寻址方式、多种数据处理形式、段式寄存器结构、乘除运算硬件，电路功能大为增强，并都配备了强有力的系统软件。
四、第四代(1985年以后) ：32位高档微型机
随着科学技术的突飞猛进，计算机应用的日益广泛，现代社会对计算机的依赖已经越来越明显。原来的8位、16位机已经不能满足广大用户的需要，因此，1985年以后，Intel 公司在原来的基础上又发展了80386和80486。其中，80386有工作主频达到25MHz ，有32位数据线和24位地址线。以80386为CPU 的COMPAQ 386、AST 386、IBM PS2/80等机种相继诞生。同时随着内存芯片的发展和硬盘技术的提高，出现了配置16MB 内存和1000MB 外存的微型机，微机已经成为超小型机，可执行多任务、多用户作业。由微型机组成的网络、工作站相继出现，从而扩大了用户的应用范围。1989年，Intel 公司在80386的基础上，又研制出了80486。它是在80386的芯片内部增加了一个8KB 的高速缓冲内存和80386的协处理器芯片80387而形成了新一代CPU 。1993年3月22日，Intel 公司发布了它的新一代处理器Pentium(奔腾) 。它采用0.8µm的BicMOS 技术，集成了310万个晶体管，工作电压也从5V 降到3V 。随着Pentium 新型号的推出，CPU 晶体管的数目增加到500万个以上，工作主频率从66MHz 增加到333MHz 。1998年3月，Intel 公司在CeBIT 贸易博览会展出了一种速度高达702MHz 的奔腾II 芯片。1999年，以奔腾II450、奔腾III450为微处理器、内存128MB 、硬盘8.4GB 的微机已在我国上市。
2 微型计算机系统结构及发展现状
我们通常所说的微型计算机简称微机，俗称电脑。其准确的称谓应是微型计算机系统，可以简单定义为：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。
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。
微处理器（Microprocessor ）也常称为微处理机，它包括算术逻辑部件ALU （Arithmetic Logic Unit），控制部件CU （Control Unit）和寄存器组 R（Registers ）三个基本部分和内部总线，相当于一般计算机系统结构中的运算器和控制器的组合。通常是利用大规模集成电路(LSI)或超大规模集成电路(VLSI)技术将这些功能制作在一块集成电路芯片上，即一般计算机系统概念的中央处理器（CPU ）。微处理器先后经历了4位、8位、16位、32位和64位的发展阶段，目前生产的微型计算机所用的微处理器主要是64位Pentium4芯片，除Intel 公司之外, AMD、Motorola 及Cyrix 公司也有类似的产品。
微型计算机（Micro Computer ）是以微处理器为核心，加上由LSI 制作的内存储器M （ROM 、RAM ）、I/O（输入／输出）接口和系统总线（包括地址总线AB 、
数据总线DB 、控制总线CB ）组成的裸机。该层次也就是我们所说的主板, 它已安装了CPU 和内存条。
微型计算机系统（Micro Computer System）是以微型计算机为核心，再配以相应的外部设备、电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。
由此可见，单纯的微处理器不是计算机，单纯的微型计算机也不是完整的微型计算机系统，它们都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的（数值的及非数值的）信息处理系统，才具有实用意义。 一个完整的计算机系统应该包括硬件系统和软件系统两大部分。目前的各种微型计算机系统，无论是简单的单片机（又称为微控制器或嵌入式计算机）、单板机（属微型计算机系统），还是较复杂的个人计算机（PC ）系统，其硬件体系结构采用的基本上是计算机的经典结构——冯. 诺依曼结构：由运算器、控制器、存储器（含内存和外存）、输入设备和，输出设备五大部分组成，采用“指令驱动”方式。
微型计算机软件的种类很多，功能各异，但按计算机专业可划分为系统软件和应用软件两类。系统软件是计算机系统的核心，管理和控制计算机硬件各部分协调工作，为各种应用软件提供运行平台。系统软件主要包括：操作系统、标准实用程序、各种语言处理程序、数据库管理系统以及各种工具软件（如杀毒软件）, 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。应用软件指系统软件之外的所有软件，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/CAM软件、各种应用软件包等。
3 微型计算机的种类及等级划分
3.1 微型计算机的种类
微型计算机是当今发展速度最快、应用最为普及的计算机类型。它可以细分为PC 服务器、NT 工作站、台式（也称桌上型）计算机、膝上型计算机、笔记本型计算机、掌上型计算机、可穿戴式计算机以及问世不久的平板电脑等多种类型。习惯上人们将尺寸小于台式机的微型计算机统称为便携式计算机。
3.2 各种微型计算机现状及发展趋势
（1）膝上型计算机(laptop computer) 。最早的便携式计算机是可以放在腿上使用的膝上型计算机。它比台式机小，比笔记本计算机稍大。其主机类似台式主机，显示器大多采用液晶型（LCD ）或小型阴极射线管（CRT ），重量约有10kg 左右。虽然号称“可携带”，但由于它的体积仍显笨重，而且一定要使用有插座的交流电源，所以充其量也只是“可以动”电脑。在笔记本计算机推出之后，“纯”膝上型计算机已经十分少有，许多外国人习惯讲的laptop 电脑，其实指的是笔记本计算机。
（2）笔记本型计算机（notebook computer ）。它是具有与台式机相同功能，却又便于携带的微型计算机。同台式机一样，笔记本计算机是随着CPU 的发展而不断发展的。2003年3月Intel 公司推出了集成有笔记本计算机处理器
Pentium-M （Banias ）、Intel855系列芯片组、802.11b （Wi-Fi ）无线网卡、图形处理模块在内的笔记本计算机平台，这种以“迅驰（Centrino ）”品牌命名的移动计算技术打破了以往笔记本计算机使用台式机CPU 的局面，不仅为笔记本计
算机带来强大的处理能力，也使其具有超长的电池使用时间、无线联网能力及轻薄的设计。除了Intel 的“迅驰”外，笔记本计算机流行的CPU 还有Intel 的Pentium 4-M 、Celeron M ；AMD 的Athlon XP-M 、Athlon 64；Transmeta 的Crusoe 等。
预计今后笔记本计算机将向着高性能、无线联网，低能耗、长电池寿命的方向发展。除了有双屏幕显示外，还将整合台式计算机和笔记计算机的双方优势，不仅无线通信功能更强大，而且会打破 “贝壳式”笔记本计算机造型，还会变得更轻、更薄而屏幕更大。此外，2004年市场不断涌现笔记本计算机16:10或16: 9宽屏显示器也预示着相对于传统的4: 3标准屏视野更好、分辨率更高的笔记本计算机显示器的一个发展方向。
（3）掌上型计算机（palmtop computer）。目前掌上型计算机和个人数字助理(Personal Digital Assistant, PDA )的概念似乎有些混淆。有人把低端的产品归之为PDA ，把高端的产品归之为掌上型计算机。实际上国外已经很普遍地把所有的手持式移动计算产品统称为 PDA，而国内则习惯称之为掌上电脑。
掌上电脑是一种运行在嵌入式操作系统和内嵌式应用软件之上的、小巧、轻便、易带、实用和廉价的新一代超轻型计算设备，是计算机微型化、专业化趋势的产物。它无论在体积、功能和硬件配备方面都比笔记本计算机简单轻便，但在功能、容量、扩展性、处理速度、操作系统和显示性能方面又远远优于电子记事簿。掌上电脑拥有与台式PC 完整交换信息的能力，具备PIM （个人信息管理）的功能, 以其具有的上网浏览、下载、发送电子邮件和收发传真、红外传输以及与无线通信工具结合后所表现的无线数据通信能力，在信息查询和现场信息采集方面得到了充分应用。
与膝上型和笔记本型计算机不同，掌上电脑的电源通常采用现有的电池，如AA 电池。掌上型电脑一般没有磁盘驱动器，更确切的说，其程序是储存在ROM 中的，并且当打开计算机时程序才被装载入到RAM 中。为提供更广阔的灵活性和更强的功能，最近的掌上电脑大多配备了PCMCIA 卡槽。
掌上电脑关键的核心技术是嵌入式操作系统，各种产品之间的竞争也主要在此。目前市面上的产品主要有三大类：一是使用Palm OS 系统的品牌，例如Palm 、IBM 、Sony 、Handspring 、Motorola 、Nokia 、Samsung 、TRG Pro等；二是使用Microsoft 的Windows CE 操作系统的品牌：Compaq 、HP 、Casio 等；第三类就是国内厂商如联想、方正等，他们也多使用Windows CE系统，但Linux 也颇具潜力。
掌上电脑的发展方向是：不断增加和增强个人事务处理功能；在通信功能（包括数据通信、移动电话通信）和各种信息（包括手写识别、语音、图像和数据等）的输入输出功能方面有较大的提高；着重研制开发出包含个人助理功能、数据处理功能、具备多样性与兼容性通信功能的专用掌上电脑设备。
（4）平板电脑（Tablet PC ）。这是Microsoft 公司首先提出的新概念电脑，号称是是下一代移动商务PC 的代表。目前平板电脑已获得联想、Acer 、 HP、Viewsonic 、 AMD、Fujitsu 、Toshiba 、Sharp 、NEC 、Compaq 等20多家国内外硬件厂商和30多家全球知名软件厂商的支持并相继推出了产品。但全球最大的PC 厂商IBM 和Dall 没有参与平板电脑的开发。
平板电脑实际上就是一款无须翻盖、没有键盘、大小不等、形状各异，但却功能完整的PC 。平板电脑的构成组件与笔记本计算机基本相同，也是CPU 、内存、硬盘、LCD 显示屏等，但它被设计成使用触笔在屏幕上书写，而不是使用键盘和
鼠标或触摸板，并且打破了笔记本计算机键盘与屏幕垂直的L 型设计模式。比之笔记本计算机，它除了拥有其所有功能外，还支持手写输入或者语音输入，移动性和便携性都更胜一筹。它运行Windows XP Tablet PC Edition操作系统，附带有可拆卸的键盘，能够运行Windows 系统下的应用程序。
可以预见，平板电脑以其极佳的移动性、丰富的功能、小巧的外形设计、超长的电池支持时间、更轻的重量、超高分辨率的液晶显示屏和支持无线网络接入功能等优势一定会给移动商务人士的欢迎。但是如Microsoft 公司所预期的那样在五年内取代笔记本计算机市场尚需拭目以待。
3.3 微型计算机的等级划分
事实上，台式机和笔记本计算机以及各种掌上电脑之间的界线开始变得模糊，于是，许多人将微型计算机按照其从事的工作进行等级划分。
以往，人们对微型计算机的认识大都是从台式个人计算机与笔记本计算机的使用而来：速度不断提升的CPU ，功能不断创新的软件，竞争激烈而不断推陈出新的外部设备等等。至于微型计算机的等级划分大都局限于商用和消费用两类通用计算机。其实不然，除了这两类外，还有工业用、军用与航天用等微型计算机，它们都属于专用计算机的范畴。
根据不同的用途，微型计算机采用的标准也不同。例如，在家庭、办公室、学校、商场等室内运行的一般消费性和商用微型计算机可以在常温和平均湿度下运行，但在非常温地区或湿度较大的环境中，就需要用高一个等级的工业微型计算机了。
工业微型计算机的标准一般要求操作系统的工作温度在0℃～60℃之间，存储温度在20℃～80℃之间，湿度则在10%～90%之间。而且要求计算机有更强的稳定性、多种兼容软件、远程控制能力等。
军用微型计算机是指应用于军事领域的微型计算机，必须满足相应的军事规范。有定制的全军规计算机，也有通过对商用成熟技术
（Commerical-off-the-shelf ，COTS ）产品进行特殊处理，使之能够用于军事环境的加固计算机。军用微型计算机面对的环境比工业微型计算机更苛刻，例如酷热的沙漠、炮弹横飞的战场、振动和冲击力強大的坦克车等。因此许多国家在军用计算机方面都制定了自己的标准，如法国的GAM-EG13、德国的VG 和英国的DefStd 等, 其中美国的Mil-Std 是使用最为广泛的标准，其他国家的军方常以此衡量产品的质量。尽管各国的标准不尽相同，但防水、防沙、防热、防寒、防振、防摔、防压、防霉菌、防盐雾等都是军用微型计算机必须满足的标准。
不过军用微型计算机不仅仅局限于军事应用，也可应用于类似的环境，如伴随潜水员进入海底或水底、民用机载和船载以及野外操作等等。
航天微型计算机比军用微型计算机要高一等級。对它的要求并非是“运算能力超强”，而是能“适用于航天用途”。例如，星载计算机要求耗电小，因此耗电超过70W 的Pentium(R) 4就不适用。
4 微型计算机的性能评价指标
微型计算机的种类很多、性能也各不相同。通常根据以下几个方面的性能指标来综合评价一台微型计算机系统的性能。
（1）CPU 类型。指微型计算机系统所采用的CPU 芯片型号，它决定了微机系统的档次。
（2）字长。指CPU 一次可以同时传送和处理的二进制数码的位数，它直接关系到计算机的计算精度、寻址速度和处理能力。字长越长，数据处理能力越强。
（3）内存容量。指内部（主）存储器可容纳二进制信息的总量。微型计算机的内存容量一般以字节B （Byte ）数来表示，每8位二进制为一个字节，1024B ＝1KB(千字节) ，1024KB ＝1MB （兆字节），1024MB ＝1GB （吉字节），1024GB ＝1TB （太字节）。内存容量越大，运算速度越快，软件开发和大型软件的运行效率就越高，系统的处理能力也就越强。目前市场上流行的微机（含笔记本计算机和掌上电脑）大多具有8MB ～512MB 的内存容量和2GB ～120GB 的外存容量。运行Windows 95或Windows 98操作系统至少需要16 MB的内存容量， Windows XP则需要128 MB以上的内存容量。
（4）运算速度。是微型计算机一项重要的性能指标。现在普遍采用单位时间内执行指令的条数作为运算速度指标，并以MIPS （百万条指令／秒）作为计量单位。此外，也常以CPU 主频衡量计算机的运算速度。主频为CPU 的额定工作频率，亦称内频，一般以MHz 为单位。主频越高, 执行指令的时间越短, 运算速度就越快。
（5）存取周期。存储器进行一次读出或写入操作所需的时间称为存取周期，通常用微秒(μs) 或毫微秒(ns)表示(1ns＝10-3μs=10-9s) 。一般微型计算机的存取周期约为几十到几百毫微秒。存取周期反映内存储器的速度性能。存取周期越短, 存取速度越快。
（6）可靠性、可维护性和兼容性。计算机的可靠性是一个综合性指标，应由多项指标来综合衡量，但一般常用平均无故障间隔时间（MTBF ）作为衡量指标，越大越好。目前微型机的平均无故障间隔时间可高达几千小时，而巨型机和大、中型机只有几百甚至几十小时。
可维护性以平均修复时间（MTTR ）作为衡量指标，越小越好。
兼容性是指各类微型计算机之间在使用上具有相容性。严格地讲, 兼容性是指一种微型机的硬件和软件与使用同样微处理器的另一种机器是否具有通用性。兼容性越强越好。
（7）外设扩展能力。主要指计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。
（8）软件配置情况。软件的配置是否齐全，直接关系到计算机性能的好坏和效率的高低。
（9）性能价格比。购买计算机普遍需要考虑的综合技术性能指标。
除上述几点外，便携机部件性能如LCD 分辨率、电池容量、显示芯片、无线联网能力等也是衡量其整机性能的重要指标。
此外，对于便携式计算机来说，因为经常要在野外操作，还要根据其应用需求考虑其环境适应性指标。
5 我国微型计算机市场持续增长
计算机技术浓缩了当今科技的最高成就，它的生产和应用水平也是衡量一个国家科技发展水平的重要标准。我国计算机产品近几年一直保持着高速增长，随着我国信息化应用技术的不断发展，拉动了计算机类产品国内市场的需求，产销衔接快速发展，其中笔记本计算机产业市场发展尤为迅速，并有望成为全球最大的笔记本计算机生产基地。预计2004年我国微型计算机生产将达到3000万台，其中笔记本将达到800万台。在今年1～2月份全行业已经生产微型计算机520万台，同比增长52%，其中笔记本计算机229万台，同比增长104%。
随着科技的不断发展，微型计算机CPU 价格不断下跌，从而带动了笔记本计算机整机价格的不断下降，国内笔记本计算机消费市场有望获得拓展。数据统计显示，2003年中国笔记本计算机市场的增长速度超过40%，这也是去年“非常时期”IT产业中的亮点。IDC 预测，未来3年内中国笔记本计算机市场增长率将保持在30%以上。
目前微型计算机广泛进入我国国民经济和人民生活的各个领域。现在我们熟悉的PC 品牌，既有国际知名的“IBM”、“NEC”、“Dell”、“Compaq”等等，也有我们自已的国产品牌“联想”、“金长城”、“方正”、“四通”、“浪潮”等等。国产微型计算机在市场竞争中除了质量可靠之外，主要以较低的价格和售后服务而居竞争优势。
6 结语
随着社会信息化程度的不断提高以及网络应用、多媒体应用和移动计算应用的迅速崛起，微型计算机尤其是便携式计算机技术开始步入快速发展和普及应用时期，在人们的生活中起到了越来越重要的作用，给人们的生产、生活提供更多的便利和贡献。