計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程

李小柏

摘 要 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展同其它事物發(fā)展一樣，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程，幾代人為此付出了畢生精力：計(jì)算機(jī)作為一種計(jì)算的工具，它的雛形最早可追溯到中國古代的算盤、17世紀(jì)中葉法國著名數(shù)學(xué)家巴斯卡爾（B.Pascal）發(fā)明并制造的機(jī)械式的加法器、17世紀(jì)后半期由德國數(shù)學(xué)家菜布尼茲系統(tǒng)提出了二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算法則并制造機(jī)械齒輪計(jì)算器……踏著這些先驅(qū)者為計(jì)算機(jī)開拓的道路，到20世紀(jì)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入了迅猛發(fā)展的時代。當(dāng)今社會，計(jì)算機(jī)已成為人類社會賴以生存和發(fā)展的基本工具。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī) 基本工具

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1計(jì)算機(jī)發(fā)展過程

世界上第一臺計(jì)算機(jī)是在1946年由美國賓夕法尼大學(xué)研制（研制第一臺計(jì)算機(jī)是由于戰(zhàn)爭的需要，二戰(zhàn)期間，美軍面臨許多計(jì)算問題，為此美國不惜投入了大量的人力和財力。第一臺計(jì)算機(jī)，占地面積為150m2，使用了18800個電子管、1500個繼電器，重30000Kg，140Kw操作維護(hù)人員上萬，設(shè)計(jì)者是美國的?？颂睾湍死?。

從計(jì)算機(jī)誕生至今雖然只有50多年，但計(jì)算機(jī)的性能價格比提高了千萬倍，這主要體現(xiàn)在速度提高了千萬倍，存儲容量提高了千萬倍，體積縮小了千萬倍，軟件性能提高了百萬倍而價格降低為萬分之幾。目前，在世界各行業(yè)中，發(fā)展速度最快的是計(jì)算機(jī)行業(yè)，計(jì)算機(jī)正在改變?nèi)藗兊纳罘绞?，人們的生活與計(jì)算機(jī)息息相關(guān)。

2計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢

一方面計(jì)算機(jī)向著高速、智能化的超級巨型機(jī)的方向發(fā)展；另一方面向著微型機(jī)的方向發(fā)展。巨型機(jī)主要用于大型科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)以及超高速數(shù)學(xué)計(jì)算，它的研制水平標(biāo)志著一個國家的科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的程度，象征著一個國家的實(shí)力。

微型計(jì)算機(jī)是把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要部件（CPU，存儲器，I/O口）集成一塊芯片上，用于嵌入或控制系統(tǒng)。1971年誕生的，第一代微處理器是4004，第二代微處理器是Z80，第三代微處器是8086、8086、80286，第四代微處理器80386、80486、Pentium、Pentium4，第五代微處理器是具有RISC微處理器芯片。

在微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展過程中，單片微型機(jī)異軍突起，發(fā)展極為迅速。從1976年至今不到三十年的時間里，單片機(jī)作為嵌入式微控制器已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，與人民的生活緊密相連，據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在全世界平均每6人就有一片單片機(jī)，美國已達(dá)平均每人擁有69片單片機(jī)。

2.1單片機(jī)定義

在一塊芯片上集成了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本部件（中央處理器CPU、存儲器、RAM/ROM、I/O接口），這種芯片叫單片機(jī)。最早單片機(jī)的英文是：Sing Chip Microcomputer 簡稱SCM ，隨著SCM在技術(shù)上，體系結(jié)構(gòu)及功能上不斷擴(kuò)展，國際上已將單片機(jī)采用Micro Controller Unit（簡稱為：MCU）來替代，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、統(tǒng)一的名詞。

2.2單片機(jī)的發(fā)展過程

第一代：單片機(jī)探索階段。1976—1978年，以INTEL公司的MCS-48為代表。

第二代：單片機(jī)完善階段。1978—1982年，INTEL公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS-51。

第三代：微控制器形成階段。1982—1990年，8位單片機(jī)的鞏固民展及16位單片機(jī)的推出。

第四代：微控制器百花齊放階段。1990—至今，微控制器的全面發(fā)展階段，隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面、深入發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。

2.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢

（1）8位，32位機(jī)型是單片機(jī)發(fā)展趨勢。從數(shù)據(jù)總線的位數(shù)看：在未來較長時間里，8位單片機(jī)仍是主流機(jī)型，許多廠家還會不斷改進(jìn)與完善8位機(jī)，使8位機(jī)不斷保持活力。在滿足高速數(shù)字處理方面，32位機(jī)會發(fā)揮重要作用。16位機(jī)空間可能被8位機(jī)32位機(jī)占用。

（2）制造工藝全盤CMOS化趨勢。從制造工藝上看：全盤CMOS化趨勢是指在HCMOS基礎(chǔ)上的CMOS化。

（3）RISC體系結(jié)構(gòu)的大發(fā)展。從體系結(jié)構(gòu)上看：RISC體系結(jié)構(gòu)有利于提高計(jì)算機(jī)發(fā)展速度，這種結(jié)構(gòu)將替代原來的CISC 結(jié)構(gòu)體系。

（4）大力發(fā)展專用微型單片機(jī)。從設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢看：專用微型單片機(jī)是專門針對某一類產(chǎn)品系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的，具有資源利用效率高的特點(diǎn)。

（5）具有FLASHROM存儲器的單片機(jī)成為主流供應(yīng)狀態(tài)。從存儲器的結(jié)構(gòu)看：單片機(jī)最早的產(chǎn)品只有內(nèi)部RAM，沒有程序存儲器（ROM），后來發(fā)展具有一次燒寫工能的OTPROM，再后來發(fā)展具有紫外線擦除的EPROM，現(xiàn)在由于半導(dǎo)體制作工藝的進(jìn)步，具有FLASHROM的存儲器已得到廣泛的應(yīng)用。

2.4單片機(jī)應(yīng)用

（1）單片機(jī)在智能儀表上的應(yīng)用。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表，如現(xiàn)在的車輛儀表，智能水表，智能電表等。

（2）單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用。機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向，機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品。如現(xiàn)在的機(jī)器人，自動加工的數(shù)控機(jī)床等。

（3）單片機(jī)在實(shí)時控制中的應(yīng)用。單片機(jī)廣泛應(yīng)用在各種實(shí)時控制系統(tǒng)中。如工業(yè)測控、航空航天、尖端武器等各種實(shí)時控制系統(tǒng)中。

（4）單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。

（5）單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用。單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用極為普遍，如全自動洗衣機(jī)、手機(jī)、電視等。