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第一章微型计算机概述

第一章微型计算机概述
第一讲：

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
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，
是继承电路技术不断发展，芯片集成度不断提高的产物。
我们知道，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（如指令集、插槽技术、3DNOW！技术等）。

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，

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第一章微型计算机概述

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）。
此后，Intel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。32位处理器80386（时
钟频率为20MHZ）和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，因此被称为超级微型机。
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，使得花费较
低的代价可获得较高的性能。
1996年，Intel公司推出了PentiumPro（高能奔腾），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；二是支持动态预测执行，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PentiumPro的性能又有了
质的飞跃。
1997年初，Intel发布了Pentium的改进型号——PentiumMMX（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。
兼容CPU厂商在这段时间也相继推出了多款产品来与PentiumMMX竞争，其中最具代表性
的要数AMD的K6。K6也支持MMX指令集，拥有一级缓存64kB，整数运算性能相当优
秀，超过了同主频的PentiumMMX，