微型计算机(卷名：自动控制与系统工程)
microcomputer
采用微处理器作为中央处理器的计算机，又称微型电脑。微型计算机是重要的自动化技术工具。它的主要部分包括微处理器、存储器和输入输出接口，全部用大规模或超大规模集成电路制成。可以按不同的应用要求，配置相应的外围设备和软件，构成完整的微型计算机系统。有时把微型计算机和微型计算机系统简称为微机。随着集成电路工艺的发展，计算机中原来占满中心大柜的中央处理器可以微缩在一片或几片大规模集成电路芯片上，从而能制造出体积小、重量轻、耗电少、可靠性高的微机。70年代以来微机迅猛发展，其性能价格比按指数规律上升，遂使计算机从少数人手中解放出来，进入社会的各行各业和家庭。微机的普及化和社会化大大促进了科学技术和社会经济的发展。
简史 微型计算机是 1971年美国英特尔公司制成4位微处理器Inter 4004后开始发展起来的，现已进入第四代。第一代微机是70年代初出现的,它采用8位微处理器8008。由于当时缺乏大容量的半导体存储器与配套的外围芯片和外围设备,而且早期的微处理器耗电量大,所以第一代微机没有得到推广。第二代微机是70年代中期研制成功的,它是典型的8位微机,采用8位微处理器8085，M6800,Z80,R6502等作为中央处理机，4K或16K位动态半导体存储器(DRAM)作为主存储器。70年代末到80年代初,由于出现 64K位动态存储器和配套外围芯片以及相应的外围设备，如5┨英寸软盘机、10MB5┨英寸温氏硬盘机、阴极射线管(CRT)显示器、点阵式打印机、小型绘图机和鼠标器等，于是微机开始普及。美国苹果公司推出的APPLEⅡ型微机是采用 R6502的典型的8位微机。第三代微机是80年代初研制成功的，它是典型的16位或准16位微机，开始采用16位微处理器8086,Z8000和准16位微处理器8088,M6809,后来采用功能更强的16位微处理器80186，80286，LSI-11和准32位微处理器M68000,主存储器采用256KDRAM芯片。美国国际商业机器公司推出的 IBMPC机是采用8088的典型的准16位微机，PS/2型个人计算机是采用80286的16位微机。由于液晶显示器和低功耗的CMOS器件的发展，还出现了电池供电的手提式微机。微机的性能已超过低中档小型机的性能。第四代微机是80年代后出现的,它是典型的32位或准32位微机工程工作站,开始采用准32位微处理器M68000，1983年后采用32位微处理器 M68020，1987年后采用功能更强的 32位微处理器M68030，80386,主存储器采用1MDRAM芯片。美国斯坦福大学网络公司(SUN)用M68030构成的SUN4/280工作站,速度达到10MIPS（即每秒可执行10兆条指令）,内存128MB，外存3200MB，可接50个终端。高档微机工程工作站的性能已超过超级小型机的性能，可代替中型机或低档大型机作为网络服务站或主机。
分类 微机按硬件可分为单片机（见单片微型计算机）、单板机（见单板微型计算机）和多板机。多板机是将单板机模块、附加存储器模块和输入输出接口模块等插到带电源的机壳底座上，并通过底座上的总线互相连接而构成的。微机按功能，即按数据总线的宽度可分为4位机、8位机、16位机和32位机等。数据总线宽度指一次操作中所能传送的二进制位数的最大值。
微机结构
微机系统的结构保持超级小型机的结构或将大型机结构下移。微机的典型结构中包括微处理器、存储器、系统总线、输入输出电路 (I/O)、外围设备、控制面板、电源和辅助电路等（见图）。存储器包括只能读出预先存入的固定程序和数据的只读存储器(ROM)以及读写存储器(RAM)。系统总线包括用于传送数据的数据总线，用于传送数据地址的地址总线和用于管理这些传送的控制总线。为了增强处理能力，又发展了多处理器结构，由一个主处理器和若干辅助处理器通过系统总线连成一体（见全数字仿真计算机）。辅助处理器可赋予存储器直接存取 (DMA)控制、浮点运算、输入输出控制、图形处理、数据库管理、阵列处理等功能。主处理器与辅助处理器有两种连接方式。一种是协处理器方式，主处理器带有专门的协处理器接口和协处理器指令，主处理器与协处理器执行同一指令流，要协处理器执行指令时由主处理器启动协处理器。另一种是从处理器方式，主处理器和从处理器通过系统总线相连，从处理器由主处理器初始化和启动后，分别执行不同的指令流。微机系统为了支持多用户或多任务的环境，要给每个用户或每个任务提供一台虚拟机。因此在软件方面需要多用户多任务的操作系统，在硬件方面要有虚拟存储体系，即超高速缓存、主存储器和后备存储器。微机系统一般要有 4K～16K字节的高速缓存。微机系统在系统结构上还出现了一些新技术，如简化指令计算机(RISC)，它能加快指令执行速度，比一般微机快2～4倍，并能节省芯片面积和降低芯片复杂程度。软件系统 微机软件系统包括系统软件和应用软件。系统软件有汇编程序、编译程序、诊断程序、编辑程序、监控程序和操作系统等,其核心是操作系统。8位微机主要采用CP/M操作系统，16位微机主要采用MS-DOS操作系统，32位微机则采用UNIX操作系统。UNIX操作系统是美国贝尔实验室的 K.汤普森和 D.里奇设计的，1970年在PDP-7上实现，1973年用C语言重写。UNIX受到普遍重视主要是它的可移植性，简明易用，又有许多有效的开发工具。它不依赖于具体的硬件，可移植到各种计算机上，UNIX支持下的各种应用程序可在不同计算机之间移植。在UNIX发展过程中形成了两条主流：一条以贝尔实验室为主，1983年推出System V，它对商业应用作了较周密的考虑。另一条以加州大学伯克利分校为主，1983年推出UNIX4.2BSD，它支持虚拟存储、文件快速存取和网络通信。80年代后微机数据库系统得到了迅速的发展。通用微机系统上可配置的高级语言有BASIC，PASCAL，FORTRAN，COBOL，PL/1和C语言，超级微机系统上还可配置支持实时多任务的Ada语言，适合于人工智能的LISP和PROLOG语言,以及各种仿真语言。在微机系统上集成软件和应用软件也不断涌现。如把操作系统、数据库、文字编辑、表格处理集成在一起的多功能软件Mapper，把表格处理、数据库管理和商业统计图表绘制组合在一起的集成软件Lotus1-2-3,计算机辅助设计软件AutoCAD等。为了开发微机的图形功能，可在微机系统上配置通用图形软件包作为图形应用软件的基础，它为用户在不同的输入输出环境下在不同维数的空间里提供了一套高级图形处理命令，现已有三种标准：CORE，CKS和CGI。它还给用户提供良好的人机接口，包括窗口、菜单和肖像系统。肖像(ICON)系统的功能是当系统的窗口太杂时，用户可暂时关闭不用的窗口，待需要时再打开。关闭后的窗口变成一个小的肖像，象征与此窗口相连的软件工具，占用很小一块屏幕，并能在屏幕上移动。
外围设备 微机系统可配置不同的外围设备和应用软件构成不同的应用系统。微机系统中常用的后备存储器有软盘机、硬盘机和数据流盒式磁带机。在软盘方面早期采用8英寸软盘驱动器,后被5┨英寸软盘驱动器所取代，现在3┩英寸软盘的双面容量已达1兆字节,将处于主导地位。在硬盘方面5┩英寸温氏盘成为主流产品，全高盘容量达40～80兆字节，高档可达170兆字节,半高盘容量达10～30兆字节，3┩英寸温氏盘也已出现。磁带机可作为温氏盘的后备存储装置,1/4英寸盒式数据流磁带机，容量可达20～60兆字节。正在兴起的光盘存储器，存储密度高，容量大，一般可达千兆字节数量级。磁盘机与磁盘控制器通常配套供应，磁盘控制器与主机系统总线之间采用适配器（接口）。通用微机系统还配有键盘、CRT显示器和针式打印机。多用户微机系统可配置若干台中西文智能终端。在办公自动化系统中应用的微机系统则可以根据需要配置高质量的打印机,如激光打印机,热敏打印机，彩色喷墨式打印机，还可配置语音识别和合成系统，支持声音的输入和输出。在计算机辅助设计等要求图形功能的工程工作站中可配置高分辨率的图形显示器。图形输入输出装置，早期是用光笔、跟踪球和数字化仪，现在常用的是鼠标、光标板、扫描输入器和多笔彩色绘图仪。用微机构成工业控制系统则有多种方案，一般都要配置A/D和D/A转换板和各种传感、检测、计量和记录仪器。
应用 微机常用于控制，被称为微型控制器。微机也常用于通信，在信息的转换、存储、加工、传输和显示等环节中起控制和处理的作用，并可用作接口，使不同系统间能互相传送形式各异的信号。微机是一种易于普及的计算机,几乎所有与计算应用有关的学科分支,包括图像处理、模式识别、人工智能、系统辨识、仿真、自动检验、数字控制、计算机辅助设计、机器人、专家系统、决策支持系统、管理信息系统、情报检索系统、办公自动化、系统工程等都需要以微机作为技术工具。在现代计算机应用系统中,微机或用作主要工作机器,或用以辅助较大的计算机。许多在大型或中型计算机上开发的应用软件系统已被移植到高档微机上，以便推广应用。微机应用系统已经发展成工作站，例如计算机辅助设计工作站、图像处理工作站等。
微机的重要应用领域是生产过程控制。自动化仪表的发展趋势是将微处理器或单片机嵌入仪表中构成智能仪表。微机还可以装入单个生产机器之中，例如用于数控车床、磨床或钻床的压力控制。用微机控制的机械手可通过示教方式来完成复杂的操作程序 (见示教再现机器人)。高档微机配以摄像机可构成机器人视觉系统(见机器视觉)。这项技术是实现小批量产品生产自动化和无人工厂的关键之一，将会带来巨大的经济效益。
在交通控制方面，用微机和传感器组成的网络可用以检测车辆流，并控制整个街道网的信号灯系统，以便在多变的条件下获得最大的车辆流通量。装在汽车上的微机可控制打火和燃料系统以提高发动机效率，并能检出部件故障，以减少汽车送修次数。微机还广泛用于飞机和轮船的导航。驾驶高性能飞机是人的响应能力所远不能及的，此时需采用微机控制（见自动驾驶仪）。
微机广泛应用于消费产品。某些功能简单的产品只需采用 4位机。带微机（电脑）消费产品的例子有：自动洗衣机;微波炉;带快门和聚焦自动控制的照相机；可编程序调谐式收音机和电视机；用于测量垒球和运动员速度的雷达装置；携带式计步器；戒指形脉搏计；儿童教学机；电子游戏机以及能将日历、计秒器、微型计算器、音乐报时、语音备忘、脉搏计、无线电话、外语翻译、微型电视以至个人计算机终端等功能中的某几种功能集于一体的手表等。微机用于家庭自动化方面的例子还有：灯光、门窗和小型设施的遥控和自动控制；居住环境仿真器；防盗报警器；采用语言识别或密码识别的保险门锁；太阳能加热控制和烹调控制乃至家务计划或规划等。
微机广泛应用于商业和银行，例如在现金出纳机、带有条码识别器的商品计价终端、信用卡检验终端、防窃监视器、手持式库存高速查点系统等装置中都已采用微机控制。微机还可用于开列帐单、统计销售额、控制远离银行的无人出纳机等。适用于微机的数据加密技术已研制成功，它能实现用微机传送私人信件和财务信息以及检验签名等，并能防止窃密和伪造。
微机与通信设备的结合是特别有效的。微机正在取代电话机的老式机电拨号器，并使电话具有自动应答和记录功能。在袖珍无线电设备中装入微机便可实现无线电话。这种电话能使多人同时共用自动应答站，并能用频率极准的短脉冲发送经压缩的谈话。已经研制了互不干扰的公共通信网络，可在汽车上使用这种电话。这种网络利用通信卫星之后就可实现世界上任何两个地点的通话而不受时间限制。采用微机的电视文字广播能通过广播在电视屏幕上显示可供选择的报纸版面。个人计算机（微机）还可通过这种系统向公共资料中心查询、显示和记录所需资料。采用微机的可视数据系统则把电视机同电话线或电缆网络连接起来，使用户能在家中向国家数据库查询新闻、教育和文娱资料。
微机的另一个重要应用是辅助较大的计算机。微机早就用于控制较大计算机的输入键盘和输出图像显示，还用于控制高速喷墨打印机、磁盘、光盘等外围设备。设在较大计算机之内的微机可用于自动起动和通过电话线同维修中心联系进行远距离差错诊断。微机还可用于实现人机接口的图形显示、语音生成和语言识别系统以及计算机网的接口或作为它的智能终端。这种接口使众多的计算机共享大型数据库和昂贵的外围设备，并使用户能将数种专用机器的功能组合起来完成一项任务。