第1章 微型计算机及其体系结构

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1、微机原理与接口中国水利水电出版社21世纪高等院校计算机科学与技术规划教材第1章微型计算机及其体系结构电子数字计算机是20世纪人类杰出的发明与贡献之一，尤其在20世纪70年代初期，微型计算机的出现为计算机的广泛应用开拓了极其广阔的前景，展示了它在科学技术领域中日益重要的地位。微型计算机技术日新月异地发展，使微型计算机的应用渗透到国民经济和社会生活的各个领域，并已转化成巨大的推动社会前进的生产力。本章主要介绍微型计算机的发展及应用、分类、系统组成、工作过程和体系结构等基础知识，使读者对微型计算机技术获得一个概要的了解，并通过后面各章的学

2、习，逐步掌握微型计算机的原理与接口技术。1.1微型计算机系统概述1.1.1微型计算机的发展及应用微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。在短短的30年时间里，几乎每两年时间微处理器芯片的集成度就翻一番，每3～5年就要更新换代一次。各代的划分通常以MPU的字长和速度为主要依据。第1章微型计算机及其体系结构本章主要介绍微型计算机的发展及应用、分类、系统组成、工作过程和体系结构等基础知识，使读者对微型计算机技术获得一个概要的了解，并通过后面各章的学习，逐步掌握微型计算机的原理与接口技术。第一代（1971～1972）是4位和低档8位微型计

3、算机，代表产品是美国Intel公司的4004微处理器芯片及由它组成的MCS微型计算机。第二代（1973～1977）是中高档8位微型计算机，以Intel8080和8085，Motorola公司的MC6800、美国Zilog公司的Z80等为CPU的微型机为典型代表。第三代（1978～1984年）是16位微型计算机，如以8086/8088、Z8000和MC68000为CPU的微型机。1984年，Intel推出新一代16位微处理器80286，其集成度达到13.4万晶体管/片。第四代（1985～1985年）是Intel公司推出的32位微处理器

4、芯片80386，其集成度达到27.5万晶体管/片，每秒钟可完成500万个指令（MIPS）。从这时起，微型计算机步入第四个发展阶段。1989年，Intel发表80486芯片，其集成度达到120万晶体管/片；1993年发布奔腾（Pentium）芯片，集成度达到310万晶体管/片，速度达到90MIPS；1995年推出高能奔腾（PentiumPro）芯片，集成度达到550万晶体管/片，内部还装进了包含256KB/512KB高速缓存（cache）的电路，运行速度达到300MIPS；1996年Intel将MMX（MultiMediaextens

5、ion）多媒体扩展技术用于Pentium，发布多能奔腾芯片（MMXPentium）；1997年又将MMX多媒体技术用于PentiumPro，发布PentiumⅡ芯片。继而，1999年2月Intel公司又推出PentiumIII微处理器，直至2000年3月推出的Pentium4高性能微处理器。计算机的应用，归纳起来主要有这样几个方面：（1）科学计算与数据处理。在科学研究、工程设计和社会经济规划管理中，存在大量复杂的数学计算问题，如卫星轨道的计算、大型水坝的设计、航天测控数据的处理、中长期天气预报、地质勘探与地震预测、社会经济发展现划的

6、制订等。（2）生产与试验过程控制。在工农业、国防、交通等领域，利用计算机对生产和试验过程进行自动实时监测、控制和管理，可提高效率，提高质量，降低成本，缩短周期。（3）自动化仪器、仪表及装置。在仪器、仪表及装置中使用微处理器或微型计算机，可明显增强功能，提高性能，减小重量和体积。（4）信息管理与办公自动化。现代企事业单位和政府、军队各部门要管理的内容，如财务管理、人事档案管理、情报资料管理、仓库材料管理、生产计划管理、信贷业务管理等。（5）计算机辅助设计。在航空航天器结构设计、建筑工程设计、机械产品设计和大规模集成电路设计等复杂设计活

7、动中，为了提高质量、缩短周期、提高自动化水平，目前普遍借助计算机进行设计，即计算机辅助设计（CAD）。（6）计算机仿真。在对一些复杂的工程问题和复杂的工艺过程、运动过程、控制行为等进行研究时，在数学建模的基础上，用计算机仿真的方法对相关的理论、方法、算法和设计方案进行综合、分析和评估，可以节省大量的人力、物力和时间。（7）人工智能。人工智能是用计算机系统来模拟人类某些智能行为的新兴学科技术。（8）文化、教育、娱乐和日用家电。计算机辅助教学（CAI）已成为国内外高等教育中一种重要的教学手段。1.1.2微型计算机的分类常见的分类方法有以

8、下4种：按字长分：8位机，16位机，32位机和64位机等。按用途分：工业过程控制机与数据处理机等。按芯片型号分：286机，386机，486机与Pentium机等。按组装形式分：单片机、单板机与多板微型计算机等。（1）单片机：如果将构成