微型计算机技术系统的发展综述

微型计算机技术发展综述
自20世纪40年代世界上第一台计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer) 在美国宾夕法尼亚大学问世以来，微型机以其执行结果精确、处理速度快捷、性价比高、轻便小巧等特点迅速进入社会各个领域。

此外，微型机技术发展、产品更新换代迅速，从单纯的计算工具发展成为能够处理数字、符号文字、语言、图形、图像、音频、视频等多种信息的强大多媒体工具，微型计算机现已经用于信息处理、事务管理、过程控制、仪器仪表控制、通信技术与计算机网络等各行各业。

便携机更是以便于携带、使用方便等优点以及发展需要越来越受移动办公人士、学生等群体所喜爱。

现如今微型计算机的应用已深入到社会的各个角落，极大地改变着人们的工作、学习和生活方式，成为信息时代的主要标志。

2 微型计算机系统的组成
微型计算机系统，简称“微机系统”。

它可以简单地定义为：在微型计算机硬件系统的基础上配置必要的外围设备和软件构成的实体。

微型计算机系统从局部到全局分为三个层次：微处理器（CPU）、微型计算机、微型计算机系统。

微处理器是指由一片或者几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件；微型计算机是以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机（又称主机）；而微型计算机系统则是以微型计算机为中心，以相应的外围设备、电源和辅助电路（统称硬件）以及
指挥微型计算机工作的系统软件所构成的系统。

由此可知单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的信息处理系统，才具有直接的使用意义。

完整的微型计算机系统由硬件和软件组成。

硬件系统由运算器、控制器、存储器、、输入/输出接口、总线以及外部设备等构成。

软件系统通常分为系统软件、应用软件两大类。

系统软件是指不需要用户干预，能生成、准备和执行其他程序所需的一组程序。

主要包括：操作系统、程序设计语言、数据库管理系统、联网和网络管理系统软件。

应用软件是指除了系统软件以外，利用计算机为解决某类问题而设计的程序的集合，主要包括信息管理软件、辅助设计软件、实时控制软件等。

简单概括为：系统软件支持机器运行，应用软件满足业务需求。

3 微型计算机的结构及工作原理
3.1 微型计算机的结构
目前的各种微型计算机系统，从硬件体系结构来看，采用的基本上是计算机的经典结构——冯·诺依曼结构。

这种结构的特点是：由运算器、控制器、存储器、输入、输出设备五大部分组成。

数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制形式。

控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的，由程序计数器（即指令地址计数器）控制指令的执行。

控制器具有判断能
力，能根据计算结果选择不同的动作流程。

图1：微型计算机典型结构图
3．2 微型计算机的工作原理
其简单工作原理为，首先由输入设备接受外界信息(程序和数据)，控制器发出指令将数据送入(内)存储器，然后向内存储器发出取指令命令。

在取指令命令下，程序指令逐条送入控制器。

控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求，向存储器和运算器发出存数、取数命令和运算命令，经过运算器计算并把计算结果存在存储器内。

最后在控制器发出的取数和输出命令的作用下，通过输出设备输出计算结果。

4 微型计算机系统的发展过程
4.1第1代计算机
电子管数字计算机（1946—1958年）；硬件方面，逻辑元件采用真空电子管，主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用磁带。

软件方面采用机器语言、汇编语言。

应用领域以军事和科学计算为主。

特点是体积大、功耗高、可靠性差。

速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。

4.2 第2代计算机
晶体管数字计算机（1958—1964年）；硬件方面，逻辑元件采用晶体管，主存储器采用磁芯，外存储器采用磁盘。

软件方面出现了以批处理为主的操作系统、高级语言及其编译程序。

应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。

特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数十万次，可高达300万次）、性能比第1代计算机有很大的提高。

4.3 第3代计算机
集成电路数字计算机（1964—1970年）；硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路（MSI、SSI），主存储器仍采用磁芯。

软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。

特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化。

应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。

4. 4 第4代计算机
大规模集成电路计算机（1970年至今）；硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）。

软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。

特点是1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。

应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。

5 微型计算机系统的发展趋势
计算机的发展先后经历了电子管、晶体管、大规模集成电路和超大规模集成电路为主要器件的四个发展时代。

计算机总的发展趋势
是朝着微型化、网络化、智能化、多媒体化发展。

计算机发展至今，一直沿用“存储程序” 的思想。

预计在不久的将来，将诞生以超导器件、电子仿真、集成光路等技术支撑的第五代计算机。

第五代计算机将是人类追求的一种更接近人的人工智能计算机。

它能理解人的语言，以及文字和图形。

人无需编写程序，靠讲话就能对计算机下达命令，驱使它工作。

新一代计算机是把信息采集存储处理、通信和人工智能结合在一起的智能计算机系统。

它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，将能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。

随着科技的不断进步，微型计算机系统将会聚集越来越多的资源，按照一种有效的方式进行开发和利用，以开发出超高性能、超高智能的微机系统。

然而对于这些资源如何利用、如何开发以及如何降低系统的成本是微型计算机系统发展的新挑战。

6计算机集成过程系统
当前，在机械加工行业，计算机集成制造系统(CIMS)是国内外热门的研究课题并且取得了不少的理论和应用成果。

在CIMS的激励下，过程工业也开始积极地进行研究与考虑实施。

考虑到过程工业与机械加工行业的不同特点，在过程工业中CIMS则称之为计算机集成过程系统(CIPS)。

计算机集成过程系统的出现是与计算机技术、通信技术、网络技术以及控制技术的迅速发展分不开的。

企业内存在许多自动化孤岛，即企业内的计算机系统是相互独立的，不同计算机问不能互通信息，工程师不能用生产过程计算机接受
实验室计算机、管理系统计算机传来的信息、硬件软件不能兼容，造成过程控制与管理决策、经营贸易的失衡，限制了公司迅速适应经销，市场和生产变化的能力。

CIPS覆盖操作层、管理层、决策层，涉及企业生产全过程的计算机优化。

它的最大特点是多种技术的。

综合”与全企业信息的集成”，它是信息时代企业自动化发展的总方向。

CIPS已经在国内外的一些炼油与石油化工厂进行了试验。

到1990年，日本的24家大中型炼油厂中有19家和13家乙烯厂中有8家正在开发和应用CIPS；在北美、欧洲，远东和澳大利亚也已有几十家大型炼油厂在计划或实施CIPS。

在我国，根据石化总公司发展规划的“适时选点开发CIPS”和“炼油、石化流程型工业向CIPS迈进”的意见，巳分别在齐鲁胜利炼油厂与福建炼油厂中进行试点工作。

SetpoInt公司将炼油厂的信息系统与先进过程控制相结合而形成了计算机一体化技术。

它有五种功能：性能监铡、优化、调度、控制与组台。

效益分析表明，将信息系统结合进来将有着显著的效益潜力。

据专家分析，CIPS的关键技术如下：
1)计算机网络技术；
2)数据库管理系统；
3)各种接口技术；
4)过程操作优化技术；
5)先进控铷技术；
6)软测量技术；
7)生产过程的安全保护技术等。

计算机控制发展是自动化技术的热门研究课题，它们的发展与进步将是实施CIPS的保证。

CIPS利用计算机技术对整个企业的运作和过程进行综合管理和控制，它包括市场营销、生产计划调度、原料选择、产品分配、成本管理，以及工艺过程的控制、优化和管理的全过程。

分布式控制系统，先进过程控制以及网络技术，数据库技术是实现CIPS的重要基础。

可以预计，通过广大学者与工程技术人员的努力，今后我国会在过程工业的计算机粲成过程系统中取得更多的进展与成果。

微型计算机系统是当今社会的一个热点和主流，具有很大的优势。

随着社会信息化和移动计算应用的飞速发展，微型计算机系统的发展将会日新月异，将不断朝着更具微型化、模块化、网络化、智能化、人性化、个性化以及环保化的方向进军。