第一章 微型计算机概述-发展阶段_微型计算机的发展

微型计算机(Micro Computer)简称微机，也称为个人计算机(Personal Computer)、P或电脑，是20世纪最伟大的发明之一，微机已应用到现代生活和工作的诸多方面。在很多场合下，微机也直接被称为计算机。

1.1微型计算机的发展阶段

微型计算机是20世纪70年代初才发展起来的，是人类重要的创新之一，从微型计算机问世到现在不过 40多年。微型计算机有一个显著的特点，它的CPU (Central ProcessingUnit,中央处理器)的功能都由一块高度集成的超大规模集成电路芯片完成。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他部件的相应发展。根据微处理器的字长和功能，可将微型计算机划分为以下几个发展阶段。

1.第一阶段(1971—1973年)

第一阶段通常被称为第一代，是4位和8位低档微处理器阶段，是微机的问世阶段。这一代微型计算机的特点是采用PMOS工艺，集成度为2300晶体管/片，字长分别为4位和8位，基本指令周期为20～50us，指令系统简单，运算功能较差，采用机器语言或简单汇编语言，用于家电和简单的控制场合。其典型产品是1971年生产的Intel4004和1972年生产的Intel8008微处理器，以及分别由它们组成的MCS-4和MCS-8微机。

2.第二阶段(1974-1977年)

第二阶段通常被称为第二代，是中档8位微处理器和微型计算机阶段。它们点是采用NMOS工艺，集成度提高约4倍，集成度为8000晶体管/片，字长为8位，运算速度提高约10～15倍(基本指令执行时间1～2μs)，指令系统比较完善。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CMP 就是当时流行的操作系统。典型的微处理器产品有1974年生产的 Intel 8080/8085，Motorola 6502/6800，以及1976年Zilog公司的Z80。1974年爱德华·罗伯茨独自决定生产一种手提成套的计算机，用Intel 8080微处理器装配了一种专供业余爱好者试验的计算机Altair(牛郎星)，1975年1月问世。1975年1月，美国《大众电子学》杂志封面上用引人注目的大字标题发布消息：“项目突破！世界上第一台可与商用型计算机媲美的小型手提式计算机··Altair 8800”。《大众电子学》一月号向成千上万个电子爱好者、程序员和其他人表明，个人计算机的时代终于到来了。Altair既无可输入数据的键盘，也没有显示计算结果的显示器。插上电源后，使用者需要用手按下面板上的8个开关，把二进制数“0”或“1”输进机器。计算完成后，用面板上的几排小灯泡表示输出的结果。图1-1所示是1975年生产的Alair的外观。后来，比尔·盖茨和保罗·艾伦为Alair设计了BASIC语言程序。在Hometrew计算机俱乐部，史蒂夫•沃兹尼亚克(沃兹)见到了Aair8080计算机，当时他在HP公司工作，在HP他就设计了一台能连接到阿帕网上的计算机，而这台Atair.只能用8盏灯显示信息，与他的设计比起来差得多。他没有采用Inte18080的芯片，而是采用更先进的MOS Technology 6502芯片，1975年6月29日晚上10点，真正的个人计算机诞生了，从此开启了一个新的时代。沃兹用6502芯片设计成功了第一台真正的微型计算机，SKB存储器，能发声和显示高分辨率图形。史蒂夫·乔布斯在这台只是初具轮廓的机器中看到了机会，他建议他们创建一家公司，并于1976年4月1日成立了Apple(苹果)计算机公司，生产Apple牌微型计算机。1977年4月，沃兹完成了另一种新型微机。这种微机达到当时微型计算机技术的最高水准，乔布斯命名它为“Apple IⅡ”，并“追认”之前的那台机器为“Apple I”。1977年4月，Apple II型微型计算机第一次公开露面就造成了意想不到的轰动，Apple IⅡ被公认为是第一台个人微型计算机。从此，Apple IⅡ型微型计算机走向了学校、机关、企业、商店，走进了办公室和家庭，它已不再是简单的计算工具，它为 20 世纪后期领导时代潮流的个人微机铺平了道路。1978 年初，Apple

IⅡ 又增加了磁盘驱动器，其外观如图1-2 所示。Apple I 和Apple ll型计算机的技术设计理所当然地归功于沃兹，可是Apple IⅡ型在商业上取得的成功，主要是因为乔布斯的努力。

3.第三阶段(1978—1984年)

第三阶段是16位微处理器时代，通常被称为第三代。1977年超大规模集成电路(VLSI)工艺的研制成功，使一个硅片可以容纳十万个以上的晶体管，64KB及256KB的存储器已生产出来。这一代微型计算机采用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0.5μs)都比第二代提高了一个数量级。这类16位微处理器都具有丰富的指令系统，其典型产品是Intel公司的8086、80286， Motorola 公司的M68000, Zilog 公司的Z8000等微处理器。此外，在这一阶段，还有一种被称为准16位的微处理器出现，典型产品有Intel 8088和Motorola 6809，它们的特点是能用8位数据线在内部完成16位数据操作，工作速度和处理能力均介于8位机和16位机之间。国际商用机器公司(IBM)看到苹果微机的成功，为了让IBM也拥有“苹果电脑”，1980年决定向微型机市场发展，为了要在一年内开发出能迅速普及的微型计算机，IBM决定采用“开放”政策，借助其他企业的科技成果，形成“市场合力”。1981年8月12日，IBM 正式推出 IBM 5150，它的 CPU 是 Intel 8088，主频为4.77MHz，主机板上配置64KB存储器，另有5个插槽供增加内存或连接其他外部设备。它还装备着显示器、键盘和两个软磁盘驱动器，而操作系统是微软的DOS 1.0。苹果公司登报向IBM进军个人微机市场表示了欢迎。IBM 将5150 称为 Personal Computer(个人计算机)，IBM PC如图1-3所示。1983年，IBM公司再次推出改进型IBM PC/XT个人电脑，增加了硬盘。1984年，IBM公司推出IBM PC/AT，并率先采用Intel 80286微处理器芯片。从此，IBM PC成为个人微机的代名词，它甚至被《时代周刊》评选为“年度风云人物”，它是IBM公司20世纪最伟大的产品，IBM公司也因此获得“蓝色巨人”的称号。由于IBM公司在计算机领域占有强大的地位，它的PC一经推出，世界上许多公司都向其靠拢。又由于IBM 公司生产的PC采用了“开放式体系结构”，并且公开了其技术资料，因此其他公司先后为IBM系列PC推出了不同版本的系统软件和丰富多样的应用软件，以及种类繁多的硬件配套产品。有些公司又竞相推出与IBM系列PC相兼容的各种兼容机，从而促使IBM系列的PC迅速发展，并成为当今微型计算机中的主流产品。直到今天，PC系列微型计算机仍保持了最初IBM PC的雏形。

4.第四阶段(1985-2003年)

第四阶段是32位微处理器时代，又被称为第四代。其特点是采用HMOS或CMOS工艺，集成度为100～4200万晶体管/片，具有32位地址线和32位数据总线。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。其典型产品是1987年Intel的80386微处理器，1989年Intel的80486微处理器，1993年Intel的Pentium(中文名“奔腾”)微处理器，2000年Intel的Pentium III、Pentium 4微处理器，以及AMD的K6、Athlon微处理器，还有Motorola的M68030/68040等。

5.第五阶段(2004年一现在)

第五阶段是64位微处理器和微型计算机时代，发展年代为2004年至今。制作工艺为90~14nm，集成度高达10～50亿晶体管/片。2003年，AMD 公司发布了面向台式机的64位处理器Athlon 64，标志着64位微机的到来。2005年，Intel公司也发布了64位处理器。2005年，Intel和AMD发布了双内核64位处理器。2007年，Intel和AMD发布了四核64位处理器。2010年，Intel和AMD都发布了六核64位处理器。目前微机上使用的64位微处理器有Intel Core i3/i5/ i7，AMD FX/A8/A6等。微机采用的微处理器的不同决定了微机的档次，但它的综合性能在很大程度上还要取决于其他配置。总的说来，微型机技术发展得更加迅速，平均每两三个月就有新的产品出现，平均每两年，芯片集成度提高一倍，性能提高一倍，性能价格比大幅度下降。将来，微型机将向着重量更轻、体积更小、运算速度更快、使用及携带更方便、价格更便宜的方向发展。