微型计算机
一、微型计算机的分类编辑本段
微型计算机是体积最小的计算机，可分为单片机、单板机和多板机三类。
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- 单片机：将处理器、存储器、输入输出接口等都集成到一块芯片上的微型计算机，通常“嵌入”到设备、仪表、甚至玩具中，作为微电子装置使用，使产品更新换代。
- 单板机：将微处理器芯片和1～60块其他支持芯片安装在同一块印刷电路板上的微型计算机。除存储器芯片通用外，接口、时标和其他支持芯片，一般都是为特定的微处理器芯片而配套设计的。具有60块芯片的单板机可有近300条不同的指令，每秒运算10～1000万次，最多能访问8个输入输出设备，存储器容量为4096～65536个字节。单板机常“嵌入”各种数字系统中使用。
- 多板机：将单板机模块、附加存储器模块和输入输出接口模块等插到带电源的机箱底板上，通过底板上的总线互相连接而成的微型计算机。总线一般由三部分组成：①数据总线用于传送数据，可以来回两个方向传送；②地址总线用于传送数据的地址，由微处理器给出，按一个方向传送到存储器等其他模块上；③控制总线用于管理这些传送。总线上信号的逻辑意义与电气要求、模块所用印刷电路板的尺寸大小以及引线多少，都有具体规范。有些总线规范已成为标准总线规范，为许多厂家所采用。多板机的外围设备，如键盘显示设备、磁带机和磁盘设备等，或是安放在同一机箱内，或是放在另外的机箱内，用短电缆将这些机箱连接起来。微型计算机与外围设备交换信息，一般以位串行或字节串行方式进行，即每一个时钟节拍传送一位或一个字节。这种传送按规定的通信协议完成。串行通信协议多用于速度较慢或距离较远的传送场合。对于速度很快或距离很近的传送，还可以采用并行方式，用特殊接口直接完成外围设备与存储器之间的传送。
二、微型计算机的功能编辑本段
微型计算机是功能提高最快的计算机，常按数据总线的宽度，即一次操作中所能传送的二进制位数最大值，细分为4位机、8位机、16位机和32位机等。总线宽度通常与在存储器单元或寄存器中保存的、或运算部件所处理的二进制位数相同。为使运算达到更高的精度，许多微型计算机允许用一对寄存器来保留双倍长的值。
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| 位数 | 特点 | 应用 |
|---|---|---|
| 4位机 | 1971年问世的微处理器芯片是4位宽的，可以表示一个十进制数字，是为计算器而设计的。1974年问世的第一块单片机也是4位的。 | 计算器 |
| 8位机 | 在计算机中称8位宽的数为字节，可以用来表示整数、字符或两个十进制数字。最早的8位机于1972年问世，用在键盘显示器终端，后来的8位机带有双精度运算指令等，指令系统与寻址方式更加完善。 | 智能终端、商业销售点终端、通信交换、数据采集和办公室自动化等 |
| 16位机 | 最早的16位机于1973年问世，是针对工业控制而设计的。16位是小型机的数据宽度，标志微型计算机的功能达到新高度。很多16位机具有虚拟存储和多道程序处理的能力，便于构成多处理器协同工作。双极型16位机能执行对应小型机的同样程序。16位单片机于1979年问世。16位信号处理用的单片机包含快速阵列乘法器或模拟接口电路。 | 工业控制、多处理器系统、信号处理 |
| 32位机 | 1981年以来，用超大规模集成电路实现的32位微处理器，具有浮点运算功能，用硬件实现了编译程序和操作系统中一些原来用软件完成的功能。32位单片机包含专门的通信链路接口，能按计算方法的特点直接连成线形的、树形的或矩形的阵列。32位信号处理用的单板机用于信号处理、仪表、通信、数据处理、图像处理、高速控制和语音处理等。 | 信号处理、仪表、通信、数据处理、图像处理、高速控制、语音处理 |
公共密钥加密算法要求完成几百位宽的数的几百次乘法，已经制成具有512位运算的单片微处理器，完成(A B)± C等快速运算，用作一般微型计算机的协处理器。
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三、微型计算机的应用编辑本段
微型计算机是应用最广的计算机，可分为通用与专用两类。通用微型计算机的指令系统，一般可用于数值计算和信息处理等许多方面，配有比较完善的系统软件和外围设备。专用微型计算机的逻辑结构根据具体算法特点而进行设计，用以满足快速响应要求。这两类机器用于信息作业的物理形式转换、存储、处理和传输等各个环节。
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- 信息的转换：为了能应用计算技术，必须把输入信息从其他物理形式转换成计算机用的代码形式，而对输出信息进行相反的转换。办公室自动化用的微型计算机，利用多用键盘机械将字符转换成代码，或用字符识别设备把印刷字符或手写字符转换成数字代码。再进一步的发展，就是将口述的话直接转换成代码。将图像、语音、电信号等用各种物理形式表示的信息转换成计算机代码的工作是由专用微型计算机完成的。这些是微型计算机应用的重要组成部分。
- 信息的保存和处理：利用微型计算机，借助编码的文件存储能力，用数据库取代档案柜，可以减少各种文件记录的体积，实现寻找和检索的自动化。信息的保存需要足够容量的文件存储器，主要是用磁盘设备。信息的处理包括识别、变换、计算、逻辑推理和判断等，其复杂程度取决于用途。
- 信息的传输：微型计算机和各种信息技术通过数据网互相联系，完成信息交换。数字通信具有保真、保密、清楚、距离远、与计算机兼容等许多优点。在通信应用中，微型计算机完成控制和转换功能。使用专用的加密微处理器芯片，可用电子方式传送个人信件、秘密金融信息和签字等，不必担心窃听或伪造。电子办公室的文件分发、商业上的销售点终端以及家用计算机等，都是和信息的传输相辅相成的。
- 研制系统：能为用户系统的软件和硬件提供综合调试的工具。一般包含有一个主处理器，用来控制和管理整个研制系统的资源；一个从处理器，用来仿真目标系统的功能；足够容量的存储器，用来存放数据和程序；各种基本软件。设计者利用此系统设计、调试、优化现成的微处理器、相应的外围设备和附件；设计研制目标系统的软件和相应的硬件等。
参考资料编辑本段
- 王爱英. 计算机组成与结构[M]. 北京: 清华大学出版社, 2019.
- 周明德. 微型计算机系统原理及应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2015.
- Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. 5th ed. Morgan Kaufmann, 2014.
- Tanenbaum, A. S., & Austin, T. Structured Computer Organization. 6th ed. Pearson, 2012.
- Null, L., & Lobur, J. The Essentials of Computer Organization and Architecture. 5th ed. Jones & Bartlett Learning, 2018.
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