8.2微型計算機
上一節主要追述發展曆史,列舉了一些過去的代表性成就,從本節起,將從計算機分類的角度向大家介紹一些當今的主流產品,這會有助於大家了解現狀,並在工作中正確選用機型。
有多種分類的方法,一種是按用途分類,但是現在多數計算機是按通用機設計,借助軟件使之適用於各種場合,因此,要按用途對計算機分類已不像過去那樣有意義。目前流行的分類方法是將計算機分為:巨型機、大中型機、小型機、微型機。事實上,這種分類方法並無科學的和嚴格的標準。在功能方麵,今天的微型機已經超過以往的小型機乃至中型機,而現在的小型機則超過了原來的大中型機-在價格方麵,隨著集成電路集成度的不斷提高,計算機價格不斷下降,十多年前我國生產的DJS-130機約售價30萬元,今天在性能上遠遠超過130機的微型計算機,售價不到一萬元。因此,巨型機到微型機的分類是按某一時期的相對標準而言的,但後來也就保持原有的習慣稱呼。例如,功能強大的新型微機被稱為超級微塑機,新的小型機在性能上已達到原來的大中型機性能,就稱之為超級小型機。以下,我們將按當前的習慣叫法,列舉一些在國際上以及對我國有重大影響的主流產品,並順便追述一些不久前有代表性的產品。
隨著集成電路集成度的提高,人們開始在一塊芯片上集成一個處理器(CPU),稱為微處理器。以微處理器為核心,加上集成度也很高的半導體存儲器和接口芯片,以及少量中小規模集成電路(鎖存器、驅動器等),就構成體積小、結構極為緊湊,價格低但又具有一定功能的微型計算機。如果這種微機製作在一塊印製電路板上,就稱為單板機.如果在一塊芯片上包含CPU與部分存儲器及基本接口,構成一種最小配置,稱為單片機。微型計算機連接鍵盤、顯示器、磁盤、打印機,並配置係統軟件,就組成完整的微型計算機係統。
在討論微型計算機時,一般沿著兩條線索分析它的發展,一是采用的微處理器(CPU)是什麼,二是所構成的係統是什麼。
按照基本字長,微處理器分為單位機、四位機、八位機、十六位機及準十六位機、32位機。當前單位機和四位機廣泛應用於儀表與家用電器中,8位機與16位機廣泛應用於過程控製,16位機又構成了目前最普及的個人計算機,而32位機則構成了功能相當強的超級微機與工程工作站。
一、微處理器
1971年,Intel公司研製成4位的微處理器4004,這是最早問世的微處理器芯片,是為儀表控製設計的,但它的生命力立即引起了廣泛的重視。1972年製成了8008,這是第一種公開單獨銷售的8位微處理器。1973年推出了Intel8080,形成一個重要的8080係列,並成為一種工業標準產品,從此,微機技術像雨後春筍般地蓬勃發展。
在8位微處理器中,最有影響的有下列四種產品。(1)Intel公司的8080係列,其中有CPU芯片:8080、8085,以及與之配套的其它芯片。(2)Motorola公司的e800係列,其中有6800、6809及配套芯片,6809是準16位CPU即內部能按16位字長運算,與外部的連接還是8位。(3)8080的設計者之一後來脫離了Intel公司,自己組織了一個Zilog公司,生產了8位微處理器Z-80。這種芯片覆蓋了8080的全部功能並作了改進加強,Z-80成為了最受歡迎的8位微處理器,廣泛地應用在工業控製等領域。(4)除了上述三個係列,還有一種8位微處理器6502。
在16位機中仍存在三大係列的競爭局麵。Intel公司1978年推出了16位CPU芯片S086,隨後又生產了配套的協處理器:數據處理器80S7、I/O處理器8089,將微處理機技術推向一個新的時期。回過頭來,Intel公司又推出了一種準16位的8088,其功能與引腳與8086十分相似,內部16位,因而處理能力強,外部連接為8位數據總線,可以照顧許多外圍設備以字節為傳遞單位的特點。8088很受歡迎,成為個人計算機的主流CPU。後來Intel公司又陸續生產了功能更強的16位微處理器80186和802.8.6。Motorola公司推出了16位CPU芯片68000。Zilog公司生產了Z-8000。人們普遍認為:三種係列中以68000功能最強,但是,Intel的86係列具有更豐富的配套芯片,特別是它在個人計算機領域中的廣泛應用,使Intel公司的86係列取得了優勢。至於Zilog公司的Z-8000,則遠不如Z-80那樣成功。
在32位微處理器領域中,Motorola公司首先推出了微處理器68020,它的性能再次引起人們的高度評價。Intel公司於1985年10月推出了它的32位機80386與之競爭。80386有一種V86工作方式,可作為8086工作,因而有很好的兼容能力。19S9年4月,Motorola公司又宣布了一種新的32位微處理器68040。幾天之後Intel公司就展出了80486,這種芯片將一個增強型80386與浮點協處理器80387,內存管理器,高速緩存等,集成為一體,比80386的速度快3倍。
二、單片機
單片機技術的發展是近期又一個引人注目的進展。在一塊芯片上集成了CPU、部分存儲器、基本接口、甚至包含A/D轉換器等部件。比起單純的微處理器芯片功能更強,很適於應用在各種智能儀表、智能控製器以及各種過程控製係統之中。
當前在我國廣為流行的8位單片機是Intel公司的MCS-48係列與MCS-Sl係列。51係列中的單片機型號有8031與8051(片內帶存儲器)。16位單片機有Inter公司MCS-96係列,它的單片機叫8096,內含8KB的ROM、8路模擬輸入通道、10位A/D轉換,標準I/O接口、串行接、高速I/O部件等。另一種新近推出的準16位單片機8098,其功能及引腳與8096相近,而價格很低,適於各種檢測控製係統,正引起人們的重視。
三、微型計算機係統
在介紹了各檔主流微處理器之後,現在,我們進一步介紹應用這些芯片組成的各種微機係統。係統的性能一方麵取決於它所采用的CPU芯片性能,還決定於係統結構如係統總線等,以及係統硬軟件配置-國際上最流行的8位微機係統是Apple-I,最流行的16位機與32位機是IBM-PC/XT/AT係列與PS-Ⅱ係列。在我國,主流機種更是占據絕對優勢,因此,本節主要介紹上述係統。
最有名的8位微機係統是Apple公司的Apple-I,它選用6502CPU芯片,這種係統一度以價格低廉,可擴充性好而聞名於世,被譽為微機發展史中的第一個裏程碑.許多廠家紛紛生產與它兼容的產品,直到今天仍廣泛使用,在微機發展如此迅速發展的年代,Apple-I能夠長久不衰是相當罕見的。我國生產了與它兼容的紫金-I等型號、向中小學推廣普及的廉價微機中華學習機,就是參考Apple-I研製的。
國內還生產了一些以Z-80為CPU的8位工業控製微機,一般配置CP/M操作係統。
在16位與準16位係統中,IBM-PC極其著名。IBM公司原來專門從事大、中型機的研製與生產,對微型機並不太重視,但後來發現微型機的市場極為廣闊,實在是一個非常重要的領域,於是改變了經營策略,打入微機領域,選擇InUl8088為CPU,1981年8月推出了IBM-PC係列。PC是個人計算機的縮寫,雖然是為個人使用的微機,但由於其功能完善、軟件豐富,已經成為目前使用最多的一種計算機。IBM-PC的問世,在計算機世界引起了震動,被稱為微機發展史上的第二個裏程碑。許多廠家爭先恐後地推出各種各樣的兼容機,或者是與它兼容的軟件,配套的插件(卡)。這些原裝PC與兼容PC占據了當前微機係統的統治地位,僅IBM公司就售出了各種PC機500萬台以上。