1.1 基本概念
1.1.1 微处理器、微型计算机、微型计算机系统
随着大规模集成电路的发展，一块集成电路芯片可以包含几十万到几千万个晶体管电路，计算机的大部分功能电路都可以集成在一个芯片内，这就出现了所谓的微处理器芯片。以微处理器芯片为核心构成的计算机就是微型计算机，在微型计算机的基础上又组成微型计算机系统。因此，微处理器、微型计算机、微型计算机系统是三个不同的概念。
1.微处理器
微处理器是一个由算术逻辑运算单元、控制器单元、寄存器组、高速缓存以及内部系统总线等单元组成的大规模集成电路芯片，它具有CPU的全部功能。因此，微处理器就是集成化的CPU。
2.微型计算机
微型计算机是以微处理器芯片为核心，配上内存芯片、I/O接口电路以及相应的辅助电路构成的装置，它又简称为微型机。
3.微型计算机系统
微型计算机系统是以微型计算机为主体，配上输入设备、输出设备、外存储器设备、电源、机箱以及基本系统软件和应用软件组成的系统，它又简称为微机系统。其中，输入/输出设备包括键盘、显示器、打印机等常用I/O设备。外存储器包括软盘、硬盘、光盘等。基本系统软件包括操作系统如DOS、Windows等。语言处理程序如编译程序、解释程序、汇编程序等。常用应用软件如WPS、Office等。
1.1.2 微型计算机的发展和分类
世界上第一台电子数字计算机1946年诞生于美国。以后的几十年里，电子计算机的发展极其迅速，先后经历了电子管、晶体管、小规模集成电路及大规模集成电路的演变。
由于微型计算机具有体积小、价格低、使用方便、可靠性高等一系列优点，因而从一问世起就显示出了强大的生命力，被广泛用于国防科技、工农业生产和商业管理等领域。特别是近年来，微处理器以几乎每两年性能/价格比提高4倍（价格低一半，性能高一倍），平均2～3年便可推出一代新产品的高速度发展。它已渗透到人类生活的各种领域，给人类世界带来难以估量的深刻变革。
1.微型计算机的发展
微机的核心部件是中央处理器CPU，各种档次的微机均是以CPU的不同来划分的。目前属于PC系列的个人微机，都是采用美国Intel公司的“x86”系列微处理器或其他公司生产的兼容微处理器作为CPU。从第一台微机问世到今天，CPU芯片已经发展到第六代产品，对应地产生了6个档次的个人微机系列产品。
（1）第一代微型机（1971～1973年）
1971年美国Intel公司首先研制成4004微处理器，它是一种4位微处理器，由它组成了MCS-4微型机。随后又研制出8位微处理器Intel 8008，由它组成了MCS-8微型机。由这种4位或8位微处理器制成的微型机的主要特点是：采用P沟道MOS电子器件，基本指令执行时间为10～20µs，字长为4位或8位，软件主要采用机器语言或简单的汇编语言。
（2）第二代微型机（1974～1978年）
第二代微型机的微处理器都是8位的，但集成度有了较大的提高。典型产品有Intel公司的8080和8085，Motorola公司的6800和Zilog公司的Z80等处理器芯片。第二代微型机的主要特点是：采用NMOS电路、集成度达5000个晶体管以上，时钟频率达2～4MHz、平均指令执行时间为1～2µs，指令系统较完善。软件方面除了汇编语言外，还配有BASIC、FORTRAN等高级语言及相应的解释程序和编译程序，后期还配备了操作系统。
（3）第三代微型机（1978～1984年）
1978年Intel公司生产出16位微处理器8086，其性能比第二代提高近10倍。典型产品有Intel 8086、Z8000、M68000微处理器和IBM PC微型机以及80286微型机等。第三代微型机的主要特点是：采用NMOS电路、集成度达2～6万个晶体管以上，时钟频率达4～8MHz、平均指令执行时间为0.5µs。有很强的寻址能力，较宽的数据通道，能支持多级中断系统指令系统、多种数据处理形式、段式寄存器结构、乘除法运算硬件方式，能执行数据处理、科学计算和各种应用程序，支持多处理器系统和分布式处理系统。
（4）第四代微型机（1985～1992年）
随着集成电路的集成度越来越高，众多的32位高档微处理器被研制出来，典型产品有Intel公司的80386/80486；Motorola MC68020/68040，Zilog Z80000等。第四代微型机的主要特点是：CPU的内部和外部数据总线都是32位，集成度达32万个晶体管以上，有巨大的地址空间，内装高速缓冲存储器和存储管理单元，支持虚拟存储和多种高级语言。
（5）第五代微型机
在1993年Intel公司推出了第五代微处理器Pentium（中文名“奔腾”）。其他公司推出的第五代CPU有AMD公司的K5，Cyrix公司的6x86。
在1998年Intel公司推出了PentiumⅡ、Celeron，后来推出了Pentium Ⅲ、Pentium 4、CeleronⅡ、Celeron Ⅲ、Celeron D。其他公司也推出了相同档次的CPU，如K6、Duron系列、Athlon系列（K7）。第五代微型机的主要特点是：CPU的内部数据总线是32位，外部数据总线是64位，集成度达310万个晶体管以上，采用超标量结构，内置应用超级流水线技术的浮点运算器，增大片上的cache容量，采用内部奇偶校验，检验内部处理错误等。
（6）第六代微型机
第六代微型机的CPU内部和外部数据总线都是64位，通用寄存器的数据宽度为64位，64位指令集就是运行64位数据的指令，也就是说处理器一次可以运行64bit数据。AMD公司产品支持64位技术的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列、Opteron系列、羿龙II X2系列、羿龙II X3系列、羿龙II X4系列、羿龙II X6系列等。Intel公司产品支持64位技术的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott 2M核心的Pentium 46系列、使用Prescott 2M核心的Pentium EE系列、奔腾双核系列、酷睿2双核系列、酷睿2四核系列、酷睿i3系列、酷睿i5系列、酷睿i7系列等。
CPU使用的64位技术主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术和Intel公司的IA-64技术。其中IA-64是Intel独立开发，不兼容现在的传统的32位计算机。Intel EM64T全称Extended Memory 64 Technology，即扩展64bit内存技术。强调的是对32bit和64bit的兼容性。AMD64的位技术是在原始32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集，使芯片在硬件上兼容原来的32位X86软件，并同时支持X86-64的扩展64位计算。
微机所采用CPU的不同决定了它的档次，但它的综合性能在很大程度上还要取决于系统的其他配置。其中最重要的配置包括内存储器的容量和速度，外存储器的种类、容量和速度，显示系统的类型和速度等。相同档次的微机，由于配置不同，性能也不相同。
2.微型计算机的分类
可以从不同的角度将微型计算机分为几种类型。
（1）按组装形式和系统规模分类。
① 单片机。单片机是一种将CPU单元、部分存储器单元、部分I/O接口单元以及内部系统总线等单元集成在一片大规模集成电路芯片内的微型机。它具有完整的微型计算机的功能。随着集成电路技术的发展，近年来推出的高档单片机除了增强基本微机功能以外，还集成了一些特殊功能单元，如A/D、D/A转换器，DMA控制器，通信控制器等。单片机具有体积小、可靠性高、成本低等特点，广泛应用于仪器、仪表、家电、工业控制等领域。
② 单板机。单板机是一种将微处理器、存储器、I/O接口电路，简单外设（键盘、数码显示器）以及监控程序固件（PROM）部件安装在一块印制电路板上构成的微型机。单板机具有结构紧凑、使用简单、成本低等特点。常应用于工业控制以及教学实验等领域。
③ 个人计算机（PC）。PC实际上是一个微型机系统，它将一块主机板、微处理器、内存条、若干I/O接口卡、外部存储器、电源等部件组装在一个机箱内，并配置显示器、键盘、打印机等基本外部设备。PC具有功能强、配置灵活、软件丰富等特点，广泛应用于办公、商业、科研等许多领域，它是一种使用最普及的微机系统。
（2）按微处理器位数分类。微处理器的处理位数是由运算器并行处理的二进制位数决定的。具有不同处理位数的微处理器，其性能是不同的，处理器位数越多，性能就越强。
① 8位微机。这是以8位微处理器为核心的微机，如早期的Z80单板机、MCS-51系列单片机等。8位微机主要应用于字符信息处理、简单的工业控制等领域。它在硬件方面有广泛的芯片与设备支持，软件方面也有丰富的应用。但是8位微机无法胜任高速运算和大容量的数据处理。
② 16位微机。这是以16位微处理器为核心的微机，如PC/AT个人计算机、MCS-96单片机等。16位微机比8位微机具有更高的运算速度，更强的处理性能，并可用于实时的多任务处理，因而应用领域更加广泛。
③ 32位微机。这是以32位微处理器为核心的微机，如PC386、PC486等个人计算机以及MCS-960单片机等。目前，32位微机的功能已达到并超过早期的小型机，它能综合处理数字、图形、图像、声音等多媒体信息，广泛应用于数据处理、科学计算、CAD/CAM、实时控制、多媒体等多种领域。
④ 64位微机。这是以64位微处理器为核心的微机。64位微型机有两种情况，一种是微处理器的数据总线是32位，外部数据总线是64位如Pentium、Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ等。另一种是微处理器的数据总线是64位，外部数据总线也是64位如酷睿i系列微型机。这类微处理器组成的微机是迄今速度最快、功能最强的微型机，其性能大大超过了早期的中型机。
1.1.3 微型计算机系统的主要技术指标
（1）字长。字长指参与算术逻辑运算的操作数的二进制位数目，因处理器都能对多种不同类型、不同长度的操作数进行处理，所以字长实际上指的是处理器内部大多数寄存器、运算器、内部与外部数据总线等主要部件的宽度。不同的计算机，字的长度和组成不完全相同，一般是字节的整数倍，如8位、16位、32位、64位等。
（2）CPU速度。CPU速度指CPU主频、前端总线频率和执行指令的运算速度。主频指CPU的主时钟频率，从8086的4.77MHz到酷睿i系列的3GHz以上。前端总线频率指CPU外部数据传输的实际频率，目前达到1333MHz。运算速度主要以单字长定点指令的平均执行时间来衡量，单位是MIPS（Million Instructions Per Second：每秒钟百万条指令）；也用单字长浮点指令的平均执行速度来计算，单位是MFLOPS（Million Floating Instructions Per Second：每秒钟百万浮点指令）。
（3）内存容量和速度。存储容量以字节数表示。常用的单位有：
· KB（千字节），1KB＝210B＝1024B；
· MB（兆字节），1MB＝220B＝1024KB；
· GB（吉字节），1GB＝230B＝1024MB；
· TB（太字节），1TB＝240B＝1024GB。
现代微型计算机内存容量达到1024MB以上，高档的几千MB。
内存速度指存取周期，即对存储器进行一次完整的读或写所需的时间。目前半导体存储器的存取周期为几纳秒（ns）以下。
（4）硬盘容量和速度。硬盘是主要的外存储器，其容量为几百GB到几千GB，甚至更高。
硬盘速度一般用三个参数衡量：
① 平均寻道时间。又称查找时间，指磁头沿盘径移动到需要读写的磁道的平均时间。
② 平均等待时间。要读写的扇区旋转到磁头下的平均时间。为磁盘旋转一周所需时间的一半。所以平均等待时间也以每分钟转数RPM来表示。
③ 数据传输速率。磁头定位在读写扇区后，每秒钟读出或写入的字节数。
硬盘的电路板带有缓冲存储器，容量从8MB～32MB，平均寻道时间不到10毫秒（ms），每分钟转速达7200转，数据传输速率达几百MB/s。
（5）系统总线传输速率。系统总线的传输速率与数据总线宽度、总线周期和总线形式有关，它直接影响到计算机输入/输出性能，多数以MB/s（每秒传输百万字节数）为单位。前端总线频率达1333MB/s，睿频加速频率达3.1GHz，HT总线频率达2000MB/s。目前仍在不断发展之中。
（6）系统可靠性。系统可靠性常用MTBF（Mean Time Between Failures：平均无故障时间）和MTTR（Mean Time To Repair：平均故障修复时间）表示，单位是小时。MTBF越大而MTTR越小就越可靠，可用性（Availability）也越高。