第1章 微型计算机概述 - 上传
第1章 微型计算机系统概述

【学习目标】 了解微型计算机的发展。 了解微型计算机的特点。 认识微型计算机系统的组成。 了解微型计算机的主要性能指标。
1.1 微型计算机概况
世界上第一台电子计算机早在1946年就诞生了,然而微 型计算机在1971年才问世,它具有众多优点,其应用更 加广泛。微型计算机(见图1-1)具有体积小、重量轻、 耗电少、性价比最优、可靠性高、结构灵活等特点,其 应用深入到社会生活中的各个领域,并取得了飞速的发 展。计算机不仅能够完成数学运算,而且还可以进行逻 辑运算,同时还具有推理判断的能力。因此,人们又称 它为电脑。现在,科学家们正在研究具有思维能力的智 能计算机。随着科学技术的发展,人们对计算机的认识 也在不断地深入
操作系统方面
主流的操作系统有Linux、UNIX (System Ⅴ、UNIX BSD、SCO UNIX、 Solaris等)、Windows系列(现在主要有 Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003、 Windows CE等)等。
图1-1 现代微型计算机
1.1.1 微型计算机的发展
现将有关计算机中央处理器(CPU)的一些基本概念介绍 如下: 中央处理器(CPU)是指把运算和控制功能集成在一起的 那块芯片,这块芯片俗称主机。 微型计算机系统是由中央处理器(CPU)配上一定容量的 存储器(或内存)、接口电路以及必要的外部设备组成。 单板机是指把CPU、一定数量的存储器芯片和I/O接口芯 片装在一块印刷电路板上,并在该板上配以具有一定功能的 输入、输出设备。 单片机是指把CPU、一定容量的存储器和必要的I/O接口 电路集成在一个硅片上。有的单片机还包括模数(A/D)和 数模(D/A)转换器。
第1章-微型计算机简介

(3)打印机 激光打印机、喷墨打印机和针式打印机, 如图1 12所示。 如图1-12所示。
(4) 其他外部设备 电脑音箱,如图1 13。 电脑音箱,如图1-13。
扫描仪,图1 14。 扫描仪,图1-14。
投影机,图1 15。 投影机,图1-15。
绘图仪,图1 16所示。 绘图仪,图1-接音箱 3. 连接键盘 如图1 23所示。 如图1-23所示。
4. 连接鼠标 如图1 24所示。 如图1-24所示。
5. 连接主机电源 6. 开机测试
1.4.2 微机的启动与关闭 1. 冷启动 2. 关闭电脑 3. 重新启动 4. 复位启动
1.4 实训
1.4.1 微机外部线缆的连接 对微机用户来说,最基本的要求就是微机 外部线缆的连接,即主机箱与显示器、键 盘、鼠标之间通过线缆连接起来。机箱后 部的接口如图1 20所示。 部的接口如图1-20所示。
如图1 21所示是连接好显示器、键盘、鼠标 如图1-21所示是连接好显示器、键盘、鼠标 和音箱后的图示。
1.2 微型计算机的硬件和软件
1.2.1 微型计算机的硬件 图1-1是从外部看到的、典型的台式微机。
1. 主机 主机是安装在一个主机箱内所有部件的统 一体,如图1 一体,如图1-2所示。
(1) 中央处理器 Intel公司主流CPU产品是Coro 2双核、四核 Intel公司主流CPU产品是Coro 2双核、四核 (中文名为酷睿2),如图1 (中文名为酷睿2),如图1-3所示。
5.第五代微机 1993年Intel公司推出了第五代微处理器Pentium 1993年Intel公司推出了第五代微处理器Pentium (中文名“奔腾” (中文名“奔腾”) 6.第六代微机 1998年Intel公司推出了Pentium 1998年Intel公司推出了Pentium Ⅱ、Celeron,后来 Celeron,后来 推出了Pentium 推出了Pentium Ⅲ、Pentium 4,其他公司也推出了 4,其他公司也推出了 相同档次的CPU,如K6、 相同档次的CPU,如K6、Athlon XP、VIA C3等。 XP、 C3等。 7.第七代微机 2003年 月,AMD公司发布了面向台式机的64位处 2003年9月,AMD公司发布了面向台式机的64位处 理器Athlon 64,标志着64位微机的到来。 理器Athlon 64,标志着64位微机的到来。 2005年 月,Intel和AMD相继推出了台式机的双核 2005年6月,Intel和AMD相继推出了台式机的双核 心处理器。 2006年,Intel和AMD都发布了四核心处理器,处 2006年,Intel和AMD都发布了四核心处理器,处 理器将向多核心发展。第七代微机是目前最流行 的档次。
第1章 微型计算机简介

1.2.3 微型计算机的结构形式
1.台式个人微机 最初的个人微机都是台式的,至今这仍是它的主 要形式。如图1-18所示。
2.便携式个人微机 便携式个人微机又称笔记本电脑,如图1-19 所示。
2002年11月,微软在全球推出Tablet PC(平 板计算机)后,其他厂商也纷纷推出自己 的Tablet PC。图1-20所示是几款Tablet PC。
4.比尔· 盖茨与微软公司 1955年10月28日,比尔· 盖茨(Bill Gates)出 生于美国华盛顿州的西雅图。 1975年,比尔· 盖茨只是一个不到19岁的大 学生,他主动与罗伯茨联系,与保罗· 艾伦 一起用了几周的时间,设计出了用于“牛 郎星”的BASIC解释程序。 1975年7月成立了微软(Microsoft)公司, 简称MS,专门从事微机软件的开发。
1.3 微型计算机系统的组成
微机系统的组成,通常是先分成硬件和软 件两大部分,然后再根据每一部分功能进 一步划分,如图1-21所示。
1.3.1 微型计算机的硬件系统
构仍然是按照冯· 诺依曼(John Von Neumann)提出的“存储程序方式”原理设计的, 故称为冯· 诺依曼计算机。其基本思想是,计算机 至少应具备以下5种部件才能完成用户所需的基本 功能。 输入设备。 存储器。 运算器。 输出设备。 控制器。
1987年,推出MacⅡ机,其CPU采用摩托罗拉的32 位MC68020,CPU速度为16MHz,运算速度达到 2MIPS(百万条指令每秒)。它的新型总线结构 使其总线速度可与工作站相媲美,而10倍于当时 的PC/AT机(16位的286微机)。Mac II机如图1-3 所示。
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第1章 微型计算机概述
1.1 微型计算机系统
微型计算机系统的组成: 微型计算机系统的组成:
微型计算机简称微机,也称为个人计算机。一个完整的微 型计算机系统是由软件系统和一台计算机的各种物理装置,它们由各种实在的器 件所组成。直观地看,计算机硬件是一大堆设备,它们是计算 机进行工作的物质基础。
计算机软件
指在硬件设备上运行的各种程序、数据以及有关的资料。 程序实际上是用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务 的指令集合。
计算机系统的组成
中央处理器 主机 内部存储器 外部存储器 硬件 软盘、光盘 硬盘、USB闪存 外部设备 设备 、 盘
微 机 系 统
器、 设备 系统软件 软件 应用软件
机
第一章微型计算机系统概述

计算机一次能处理的二进制数字的位数。取决于微处理 器的内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度
3. 微处理器的集成度
微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 Pentium 310万管/片
4. 内存容量
是CPU可以直接访问的存储器,内存大小反映了计 算机即时存储信息的能力;
以上只是一些主要性能指标,还须综合考虑其他因素。
一、 二,八,十,十六进制数
十进制数的两个主要特点:
1. 有十个不同的数字符号:0, 1, 2, … 9。 2. 遵循“逢十进一”原则。
一般地,任意一个十进制数N都可以表示为:
N=Kn-1×10n-1+Kn-2 ×10n-2+······+K1×101+K0×100
+
m
K-1×10-1+K-2×10-2+······+K-m×10-m = Ki 10 i
i n 1
*基数:数制所使用的数码的个数
*权:数制中每一位所具有的位值.
整数部分 小数部分
式中,10称为十进制数的基数,i表示数的某一位,10i 称该位 的权,Ki 表示第I位的数码。 Ki 的范围为0~9中的任意一个数
设基数用R表示,则对于二进制,R=2, Ki为0或1, 逢二进一。
m
N= Ki 2i i n1
4. 按体积大小分:
(1) 台式机(又称桌上型) (2) 便携式(又称可移动微机、笔记本型、
膝上型、口袋型、掌上型和钢笔型)
四、微型计算机的主要性能指标
1. 运算速度
通常所说的计算机运算速度(平均运算速度),是指每秒 钟所能执行的指令条数,一般用“百万条指令/秒”(MIPS) 来描述。
微型计算机概述

第一章微型计算机概述回顾计算机系统的基础知识,包括计算机系统的组成(包括硬件与软件)、结构、发展历程、分类及其功能实质。
本讲重点微处理器及微机系统的发展历程,微机系统与一般意义上的计算机系统的联系与差别,强调微型计算机系统是具有独特结构的计算机系统,由此决定了微机系统所具有的功能及其特点。
【讲授内容】1.1 微机发展概述计算机系统是能够自动地、快速地、准确地进行信息处理的电子工具,其工作过程的实质是电子器件状态的快速变化。
1946年,世界上出现了第一台由电子管构成的,能够按照人们事先的安排,快速完成所要求计算任务的ENIAC电子计算机,计算机及其相关技术经历了一个快速发展的过程。
一般来说,电子计算机发展历程的各个阶段,是以所采用的电子器件的不同来划分的,即电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模及超大规模集成电路计算机。
微型计算机属于第四代电子计算机产品,即大规模及超大规模集成电路计算机,是电路技术不断发展,芯片集成度不断提高的产物。
主机按体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类,从其工作原理上来讲,微型机与其它几类计算机并没有本质上的差别。
所不同的是由于采用了集成度较高的器件,使得其在结构上具有独特的特点,即将组成计算机硬件系统的两大核心部分—运算器和控制器,集成在一片集成电路芯片上,显然该芯片是整个微机系统的核心,称为中央处理器CPU,或者微处理器MPU。
微处理器是微机系统的核心部分,自70年代初出现第一片微处理器芯片以来,微处理器的性能和集成度几乎每两年翻一番,其发展速度大大超过了前几代计算机。
微机系统及相关技术的发展,主要涉及到以下几个方面:CPU、主频、缓存、新技术。
一、微机的发展微机系统的核心部件为CPU,因此我们主要以CPU的发展、演变过程为线索,来介绍微机系统的发展过程,主要以Intel公司的CPU为主线。
第一代:4位及低档8位微处理器✧1971年,Intel公司推出第一片4位微处理器Intel4004,以其为核心组成了一台高级袖珍计算机。
第1章 微型计算机简介

2002年11月微软在全球推出Tablet PC(平板计算机),其 他厂商纷纷推出自己的Tablet PC,Tablet PC被称代表PC产品 未来发展趋势的产品。图1-18所示是几款Tablet PC。
图1-17 便携式个人微机
图1-18 Tablet PC
1.2.4 品牌机与组装机
目前国内市场上各种类型的微机种类繁多,即使相同档次、相 同配置的微机,其价格仍有较大差异,大致可分为进口品牌机、国产 品牌机和组装机几类。 1. 品牌机 2. 组装机 3. 准系统 “准系统”——是指一种在机箱内集成了主板和电源,有时甚 至包括了软驱、光驱,用户在购回后只需安装CPU、硬盘、内存等配 件的一种产品。图1-19所示是准系统的外观及内部结构。
1.2 微型计算机发展简介
1.2.1 微型计算机的诞生
1. 第一台微型计算机——牛郎星 2. 第一台真正的微型计算机 3. IBM-PC的诞生 4. 比尔盖茨与微软公司
1.2.2 微型计算机的两大流派及其档次
微型计算机从诞生至今有两大流派: 一个是由苹果公司独家设计的Apple系列; 另一个是采用IBM开放技术,由众多公司 一起组成的PC系列。 Apple机与PC的分代方法不相同,但 其本质都是一样的,如果按CPU的位数来 分,它们都经历了8位、16位、32位和64 位四代。
(6) 第六代PC(32位) 1998年,Intel公司推出了Pentium II、Celeron CPU,后来 推出了Pentium III、Pentium 4。其他公司也推出了相同档次的 CPU,如K6、Athlon XP、VIA C3等,配置了第六代CPU的PC 是目前最流行的档次。目前流行微机的外观,如图1-16所示。 (7) 第七代64位PC 2003年9月23日,AMD发布了面向台式机和笔记本的64位 处理器:Athlon 64和Athlon 64 FX,标志着64位PC时代的到来。
微机原理第1章 微型计算机简介

1.1.2 微机系统的主要性能指标
微型计算机的主要性能指标有以下一些内容: 字长 字长以二进制位为单位,是CPU能够同时处理的二进制数据的位数, 它直接关系到计算机的计算精度、功能和运算能力。微机字长一般都 是以2的幂次为单位,如4位、8位、16位、32位和64位等。 运算速度 计算机的运算速度(平均运算速度)是指每秒钟所能执行的指令条数, 一般用百万条指令/秒(MIPS)来描述。因为微机执行不同类型指令 所需时间是不同的,通常用各类指令的平均执行时间和相应指令的运 行比例综合计算,作为衡量微机运行速度的标准。目前微机的运行速 度已达数万MIPS。 时钟频率(主频) 时钟频率是指CPU在单位时间(秒)内发出的脉冲数。通常,时钟频 率以兆赫(MHz)或吉赫(GHz)为单位。一般的时钟频率越高,其 运算速度就越快。
2、微型计算机的外部设备 微型计算机的外部设备包括外存储器、输入设备和输出设备等,如图 1.3所示。
外存储器 硬盘 软盘 光盘 键盘 鼠标 扫描仪、数码相机等 显示器 打印机
外部 设备
输入设备
输出设备
图 1.3 微型计算机的外部设备 图 1.4 微型计算机的外部设备
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
输入设备 输入设备是计算机外部设备之一,是向计算机输送数据的设备。其功 能是将计算机程序、文本、图形、图像、声音以及现场采集的各种数 据转换为计算机能处理的数据形式并输送到计算机。常见的输入设备 有键盘和鼠标等。 输出设备 输出设备是将计算机中的数据信息传送到外部媒介,并转化成某种人 们所认识的表示形式。在微型计算机中,最常用的输出设备有显示器 和打印机。
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第 二 代
50年代末至60年 代末
晶体管
几万~几十万
体积减小,耗电较少,运算速度较 高,价格下降。不仅用于科学计算, 还用于数据处理和事务管理,并逐 渐用于工业控制。
第 三 代
60年代中期开始
中、小规模 集成电路
几十万~几百万
体积、功耗进一步减少,可靠性及 速度进一步提高。应用领域进一步 拓展到文字处理、企业管理、自动 控制、城市交通管理等方面。 性能大幅度提高,价格大幅度下降, 广泛应用于社会生活的各个领域, 进入办公室和家庭。在办公自动化、 电子编辑排版、数据库管理、图像 识别、语音识别、专家系统等领域 中大显身手。
1.
应用领域
(1)科学计算 (2)过程检测与控制 (3)信息管理
(4)计算机辅助系统
2. 特点 (1)高性能、低价格
(2)体积小、功耗低
(3)可靠性高 (4)应用面广泛
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1.1 微型计算机发展
1.1.4微型机的分类
1.按制造工艺 2.按机器组成 3.按机器字长
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1.1 微型计算机发展
3.第三代,16位微处理器,1978~1982年。
1977年,超大规模集成电路工艺取得突破性进展,一块芯片上已经可以容纳 10000个以上的晶体管。于是从1978年起,各大公司便推出了可与过去中档小型 机比拟的16位微处理器,如Intel公司的8086,Motorola公司的MC6800等。 1982年,Intel公司又推出了增强型16位微处理器芯片,即80286。它集成了13万 多个晶体管,主频达到了20MHz,在8086结构基础上增加了存储器保护和管理功 能以及对虚拟存储器寻址达1G字节的功能,使得80286成为多用户,多任务处理 的微处理器,而这些操作曾是小型机和大型机所独占的范畴。 微处理器的发展,并不仅仅是集成度的提高和字长的增大,新一代的微处理器 有着更多的寄存器,更强的存储器寻址能力,更多的寻址方式,更高的速度,更 新的体系结构,更大的指令系统和存储器管理功能。因此,新一代的微处理器功 能越来越强,并且拥有了越来越广阔的应用范围。
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1.1 微型计算机发展
1.1.5一体机与平板电脑
1.一体机
一体机又称一体台式机,是指将传统分体台式机的主机集成到显 示器中,从而形成一体台式机。
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1.1 微型计算机发展
2.平板电脑
计算机所有的部件集成到了一块平板上,以显示屏(触摸屏)作为基本 的输入设备。触摸屏允许用户通过触控笔或数字笔来进行输入而不是传 统的键盘或鼠标。
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1.2 微型计算机的基础知识
1.2.1冯•诺依曼计算机的基本结构
计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五 大基本部件。
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1.1 微型计算机发展
5.第五代,64位微处理器,1993~1994年。
1993年,Intel公司推出新一代高性能“奔腾”(Pentium)微处理器芯片, 这是一种速度更快的64位微处理器,被称为586或P 5。Pentium是拉丁文“五” (Pente)和元素周期表的公用后缀——IUM组合而成。其寓意是指Pentium为 该公司的第五代产品。Pentium芯片集成了310万个晶体管,主频高达60兆赫, 以后又陆续推出75兆赫、90兆赫、100兆赫、120兆赫、133兆赫、……的芯片。 Pentium最大的改进是它拥有超标量结构(支持在一个时钟周期内执行一至多条 指令),这些改进大大提升了CPU的性能,使得Pentium的速度比80486快数倍 。除此之外,Pentium还具有良好的超频性能,可以把一个低主频CPU当作高主 频CPU来使用,使得花费较低的代价即可获得较高的性能。“奔腾”芯片广泛地 运用于各种微型计算机和多媒体计算机上,使计算机拥有更为强大的功能,可运 行更为强劲有力的软件。由于“奔腾”芯片的问世和价格的不断降低,装备了“ 奔腾”CPU的计算机已逐渐占领了微型计算机的市场,使486芯片迅速退出市场
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4
1.1 微型计算机发展
表1.1
起止年代
第 一 代
计算机发展的四个阶段
速度(次/秒) 特点与应用领域
主要元件
主要元件图例
40年代末至50年 代末
电子管
5000~10000
计算机发展的初级阶段,体积巨大, 运算速度较低,耗电量大,存储容 量小。主要用来进行科学计算。
• 微型计算机发展和预言若干规律 (1)Moore(摩尔)定律
(2)Bell(贝尔)定律
(3)Gilder(吉尔德)定律 (4)Metcalfe(麦特卡尔夫)定律
(5)半导体存储器发展规律
(6)硬盘存储技术发展规律
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1.1 微型计算机发展
1.1.3微型计算机的应用和特点
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1.1 微型计算机发展
• 微型计算机的发展历史(共6代) – 第1代(4位)
– 第2代(8位)
– 第3代(16位) – 第4代(32位)
– 第5代(64位)
– 第6代(高性能微处理器)
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1.1 微型计算机发展
1989年,Intel公司又研制出了一种新型的微处理器芯片80486,它使芯片的集 成度从30万个晶体管一跃超过了100万个晶体管,主频超过100MHz。80486能极 大地加快计算机的运算速度,一块80486芯片能完成以前的三种芯片(80386微 处理器芯片和完成浮点运算的数学协处理器80387芯片以及8kB的高速缓存芯片 )的功能,这样就减少了三块芯片之间进行联系所需的时间,极大地提高了运算 速度
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1.1 微型计算机发展
4.第四代,32位微处理器,1983~1992年。
在此期间,许多公司相继研制开发了32位微型机,如Motorola公司的68020微 处理器、Zilog公司的Z8000微处理器以及Intel公司在1985年10月推出的80386微 处理器,它们都是32位的CPU芯片,用以制造超级微型机。其中,80386芯片最 具有代表性,因为它集成了27.5万个晶体管,时钟频率达到33MHz,使用这种微 处理器,主机可装上40M字节内存,若加上虚拟存储,可达64M字节。
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1.1 微型计算机发展
1.第一代,4位及低档8位微处理器,1971~1972年。
1971年, Intel公司推出第一片 4位微处理器Intel 4004,一次可对4个二进制 数进行运算(即字长为4位),它的功能相当于一台 ENIAC计算机,4004芯片上 集成了2250个晶体管,工作频率为108KHz。Intel公司把这种4004芯片,与一块 随机存取存储器芯片、一块只读存储器芯片和一块寄存器芯片组合在一起,制成 一台 4 位微型计算机 MCS-4 。这是世界上第一台微型计算机,从此揭开了微型机 发展的序幕。 1972年 4月, Intel 8008芯片问世。它是世界上最早的 8位微处理器,在 13.8 平方毫米的芯片上做出了能执行 45种指令的中央处理器。它能同时对 8个二进制 数字进行传送和运算(字长为 8 位),计算能力和适应范围都优于 4004 ,因为 4004芯片一次只能对4个二进制数进行运算。一个英文字母就需要用8位二进制数 来表示,4004芯片一次还处理不了由 8个二进制数表示的数据,而8008芯片一次 就可以完成。
计算机硬件技术基础
课程内容
微型计算机系统概述 微处理器 内部存储器 外部存储器 微型机输入/输出与接口技术 微型机总线
计 算 机 硬 件 技 术 基 础
常用微机外部设备
多媒体技术
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第1章 微型计算机系统概论
综观计算机技术50多年的发展历程,由于电子元器件的飞速发展,计算机性 能得到了极大提高,其体积大大缩小,应用越来越普及。微型计算机由70年代末 期8位机开始走向16位机的发展阶段。到80年代,微机这一高科技领域的产品已 触及到社会的各个角落。自80年代后期开始,微机进入32位机的发展阶段。
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1.1 微型计算机发展
6.第六代,高性能微处理器,1999年至今。
以Pentium Pro、Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ和Pentium 4为代表的第六代微处 理器,带有更强的多媒体效果和更贴近现实的体验,其主频为450MHz~几GHz 。 1996年,Intel公司推出了Pentium Pro(高能奔腾)微处理器,该芯片具有两 大特色,一是片内封装了与CPU同频运行的256KB或512KB二级缓存;二是采用 了“动态预测执行”的创新技术,可以打乱程序原有指令顺序,按照优化顺序同 时执行多条指令,这两项改进使得Pentium Pro的性能有了质的飞跃。Pentium Pro的代号为P 6,它集成了550万个晶体管,时钟频率高达266MHz。 1996年底,Intel发布了Pentium的改进型号——Pentium MMX(多能奔腾) ,将一级缓存提高到32kB,同时增加了57条MMX(多媒体扩展)指令,有效地 增强了CPU处理音频、图像和通信等多媒体应用的能力,具有MMX、双总线、动 态执行三大特点。
第 四 代
70年代初开始
大规模和超 大规模集成 电路
几千万~千百亿
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本章内容回顾
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1.1 微型计算机发展
1.1.2 微型计算机的发展过程