[1微型计算机系统概述.docVIP

第一章 微型计算机概述 (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。随后出现的Intel4040，是第一片通用的4位微处理器。 1972年，Intel8008，8位，集成度约2000管/片，时钟频率1MHz。 第二代：中、低档8位微处理器 1973年～1974年，Intel8008、M6800、Rockwell6502，8位，集成度5000管/片，时钟频率2～4MHz。这一时期，微处理器的设计和生产技术已经相当成熟，组成微机系统的其它部件也愈来愈齐全，系统朝着提高集成度、提高功能与速度，减少组成系统所需的芯片数量的方向发展。 第三代：高、中档8位微处理器 1975年～1976年，Z-80，Intel8085，8位，时钟频率2～4MHz，集成度约10000管/片，还出现了一系列单片机。 第四代：16及低档32位微处理器 1978年，Intel首次推出16位处理器8086（时钟频率达到4～8MHz），8086的内部和外部数据总线都是16位，地址总线为20位，可直接访问1MB内存单元。 1979年，Intel又推出8086的姊妹芯片8088（时钟频率达到48MHz），集成度达到2万～6万管/片。它与8086不同的是外部数据总线为8位（地址线为20位）。 1982Intel推出了80286（时钟频率为10MHz），该芯片仍然为16位结构，但地址总线扩展到24位，可访问16MB内存，其工作频率也较8086提高了许多。80286向后兼容8086的指令集和工作模式（实模式），并增加了部分新指令和一种新的工作模式——保护模式。 1985Intel又推出了32位处理器80386（时钟频率为20MHZ），该芯片的内外部数据线及地址总线都是32位，可访问4GB内存，并支持分页机制。除了实模式和保护模式外，80386又增加了一种“虚时工作。 1989年推出了80486（时钟频率为30～40MHz），集成度达到15万～50万管/片（168个脚），甚至上百万管/片。早期的80486相当于把80386和完成浮点运算的数学协处理器80387以及8kB的高速缓存集成到一起，这种片内高速缓存称为一级（L1）缓存，80486还支持主板上的二级（L2）缓存。后期推出的80486 DX2首次引入了倍频的概念，有效缓解了外部设备的制造工艺跟不上CPU主频发展速度的矛盾。 第五代：高档32位微处理器 1993年，Intel公司推出了新一代高性能处理器Pentium（奔腾），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），且一级缓存的容量增加到了16kB，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，把一个低主频CPU当作高主频CPU来使用，使得花