单板微型计算机

single board microcomputer 在一块印刷电路板插件上组装成的具有一定功能微型计算机,简称单板机。它装有微处理器(MPU)、固程序的只读存储器(ROM或EPROM)、读写存储器(RAM)、编程输入输出接口适配器(PIA和ACIA)、实时时钟、定器、总线缓冲器、波特率发生器和其他支持芯片。有单板机还有简易输入输出设备，如小键盘、液晶显示和微型打印机。

       按性能指标分类

　　① 巨型机： 高速度、大容量

　　② 大型机：速度快、应用于军事技术科研领域

　　③ 小型机：结构简单、造价低、性能价格比突出

　　④ 微型机： 体积小、重量轻、价格低

      按用途

　　① 专用机： 针对性强、特定服务、专门设计

　　② 通用机： 科学计算、数据处理、过程控制解决各类问题

     按原理

　　① 数字机：速度快、精度高、自动化、通用性强

　　② 模拟机： 用模拟量作为运算量，速度快、精度差

　　③ 混合机： 集中前两者优点、避免其缺点，处于发展阶段

        1、微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中存储器又分内存储器、外存储器；通常我们把输入设备及输出设备统称为外围设备；而运算器和控制器又称为中央处理器——CPU(Central Processing Unit)。

　　2、 由微型计算机配以相应的外围设备(如打印机、显示器、磁盘机和磁带机等)及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计算机系统(Microcomputer System)（就是我们通常说的电脑）。

　　计算机系统中所使用的电子线路和物理设备，是看得见、摸得着的实体，如中央处理器（ CPU ）、存储器、外部设备（I/O设备，如键盘，打印机等）及总线等。 

　　①存储器。主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器（或辅助存储器）。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。

　　②中央处理器的主要功能是按存在存储器内的程序 ，逐条地执行程序所指定的操作。中央处理器的主要组成部分是：数据寄存器、指令寄存器、指令译码器、算术逻辑部件、操作控制器、程序计数器（指令地址计数器 )、地址寄存器等。

　　③外部设备是用户与机器之间的桥梁。输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式(如屏幕显示、文字打印、图形图表、语言音响等）输出。输入输出接口是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。

　　④硬件：也称硬设备，计算机系统中所使用的电子线路和物理设备都是硬件是能看见、摸得着的实体，如主机，显示器，键盘，鼠标等。

对能使计算机硬件系统顺利和有效工作的程序集合的总称。程序总是要通过某种物理介质来存储和表示的，它们是磁盘、磁带、程序纸、穿孔卡等，但软件并不是指这些物理介质，而是指那些看不见、摸不着的程序本身。可靠的计算机硬件如同一个人的强壮体魄，有效的软件如同一个人的聪颖思维。　

　　计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两部分。系统软件是负责对整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务。应用软件是指各个不同领域的用户为各自的需要而开发的各种应用程序。计算机软件系统包括：

　　①操作系统 :系统软件的核心，它负责对计算机系统内各种软、硬资源的管理、控制和监视。

　　②数据库管理系统:负责对计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。

　　③编译系统:负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。

　　④网络系统:负责对计算机系统的网络资源进行组织和管理，使得在多台独立的计算机间能进行相互的资源共享和通信。

　　⑤标准程序库:按标准格式所编写的一些程序的集合，这些标准程序包括求解初等函数、线性方程组、常微分方程、数值积分等计算程序。

　　⑥服务性程序:也称实用程序。为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错、诊断等功能。

         目前,单板微型计算机在工业过程控制和许多专用设备中得到了广泛的应用。用户的应用程序一般是自己设计的,而执行这个程序往往需要在单板微型计算机的键盘上按“GO”、“×”、“×”、“×”、“×”、“CR”等键,××××是这个应用程序的入口地址。要将这些键放在专用设备的面板上,而且每次执行都要按这六个键,显得相当的累赘和费时。有没有办法只按一个键就能使计算机开始执行程序呢?为解决这个问题,我们试制了一个如下图所示的单板微型计算机自动按键电路,现将此电路介绍如下。电路中用了两个继电器 J_1和 J_2,四块集成电路C_1(MCI455)、IC_2(74LS293)、IC_3(74LS138)、IC_

　　1978年，经过文化大革命后，我国高校教学、科研开始走上正轨的时候，对科技发展新动向很敏感的我校二系主任龚为珽老师，对国外七十年代以后出现并成为最热门的新技术——微处理器十分关注。亲自带领二系几位老师(徐家栋、吴定荣、颜超及从射流研究室调来的刘川贤)成立自动化研究室。目标就是对准微处理机及其在工业自动化中的应用。为了壮大这支队伍，先后又调进陈平、靳彤老师及原二系优秀毕业生候伯文等同志以及自装车间的技术人员及工人。但是在改革开放之初，我们既无资金，又无样机，无从下手。1979年除部分同志参与校组织的激光打印机研制工作外(注：我校激光打印机获北京市1980年科技成果一等奖)，大家还是在查找和钻研微处理机资料的前期工作。一次偶然的机会来了：1980年初，香港一家公司在北京的一次展览会上，展出美国的一种教学用的Z80单板微型机，在给参观者表演此机的功能时，出了故障。参展的香港商人不懂此种微型机的具体技术，通过当时我校科研处的李世伟同志，拿到我研究室让老师们看一看。由于研究室老师事前钻研过微处理机资料，聪明能干的吴定荣老师很快找到该单板微型机的故障，并加以解决。第二天港商知道此微机修好的消息后，十分惊讶！觉得北工大确实有懂行的人才。于是把此单板微型机送给了我们研究室，并建议与我校合作进行微机的开发、研究、生产。这对我们来说是求之不得的，双方很快达成协议。协议书规定由此家港商负责进口国外芯片、元器件，我们负责软件和硬件线路的开发。有了这台美国的样机，大家非常高兴，马上进行反复试验。徐家栋和颜超两位老师把单板机英文的资料翻译成中文；吴定荣等老师把其硬件吃透后，设计出新的单板机硬件。侯伯文老师用了几个晚上读懂并消化吸收了样机的监控程序(该机的系统软件)。侯老师又和吴老师紧密配合，重新编排了新单板机的监控程序。新型单板样机由研究室刘淑清等技术工人精心焊接。新机内存是原样机的四倍，功能也比样机更齐全，并可直接用在工业自动化和教学实验中。新样机完成并试验合格后，港商公司十分满意。双方共同为此新产品取名为TP801单板微型计算机。港商表示要立即批量进来芯片及必需的器件，由北工大生产。此时李世伟与我校原三系电子厂联系，让该厂转产(该厂以前生产稳压电源)，专门从事TP801单板机的生产。这样又有了几十位技术人员和工人的生产厂家。不久批量TP801单板机投放市场；同时由研究室龚为珽等老师编辑出版了有关单板机的教材；再由研究室老师主讲的TP801单板机原理及其应用的学习班一期又一期的举办。学习班在北京、在全国办了几十期，参加者蜂拥而来，效果非常显著。报名参加学习班的有从全国各地来的高校教师、科研部门和工厂的技术骨干。由于在当时TP801单板机是我国第一台功能较好且实用性较强的单板机。全国各地厂矿企业、研究所及高校纷纷前来购买。各单位都是几十、几百台的购买，如有一次清华大学一下子就购买一百台，以致于有时产品供不应求。北京工业大学也由此而在全国名声大振。全国许多专业人士异口同声地称赞北工大的TP801单板机是中国电子计算机发展的一个里程碑；北京工业大学电子厂是全国高校校办产业的典范！等等。北工大二系自动化研究室后来扩大为微机应用研究所。在已有的成绩基础上，他们继续努力，又完成了TP803 、TP805 、TP807 、TPSTD 等系列型号工业微机和几十种接口板的研制。还在工程项目的应用上做出了很大成绩。并且在培养工程硕士研究生人才方面有很多贡献。这里就不多说了。

       通过TP801单板微型计算机这一著名产品的研制及生产的实例，我们可看到改革开放对我国科技进步、生产建设和经济腾飞起了多么巨大的促进作用！也可以看到我们北工大教职工有团结合作、刻苦钻研、不怕困难、敢于创新的优良传统！只要我们继续发扬这种优良传统，我们就能在教学、科研中取得更大的成就；就能把北工大办成完全符合“211工程”要求的全国著名大学。