微型计算机原理及应用（第二版） 何超 第二章微处理器第3节

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1、2.3辉煌的历程微处理器走过了短暂的36年，人类也从工业社会跨入了信息社会，其中当然得益于微电子技术造就的各种微数字处理设备的迅猛发展，首要的就是通用微处理器——CPU的飞速发展。1971年,Intel公司推出第一款用于计算器4位微处理器4004,是划时代的产品。CPU的发展历程就是Intel公司X86系列CPU的发展历程。1974年，8位的CPU8008发展成首款真正的通用微处理器Intel8080此外,还有Zilog公司生产了8080的增强型Z80，摩托罗拉公司生产6800，都属于第二代微处理器。1978年，

2、Intel公司首次生产出16位的微处理器8086，采用了3微米制造技术，集成度达到29000个晶体管，内部和外部总线都是16位，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB，20位，主频达4.77MHZ，最高主频速度为8MHz。1979年，Intel公司推出了8088微处理器芯片，是8060的低价版本。8088内部数据总线都是16位，外部数据总线是8位。能与8位外部设备相兼容。1982年Intel推出了80286芯片，虽然它仍旧是16位结构，但是在CPU的内部含有13.4万个半导体管，68个引脚，采用四列直插式封装，

3、分开设置16条（内部和外部统一）数据线和24条地址线，可寻址16MB物理内存。时钟频率由最初的6MHz逐步提高到8、10、12、16、20、25MHz。80286在四个方面比8086有显著的改进：支持更大的内存；能够模拟内存空间；能同时运行多个任务；提高了处理速度。从80286开始，CPU的工作方式演变出两种来：实模式和保护模式。在实模式下，与8086一样，DOS应用程序占用全部系统资源，但执行速度更快。微处理器可以访问的内存总量限制在1兆字节（20位的物理地址）；而在保护方式之下，80286可直接访16兆字节的

4、内存，提供1GB的虚地址(见“第六章存储器”)空间；并能实现段寄存器、存储器访问及特权级和任务之间的保护，通过硬件控制，可以在多任务之间快速切换，因而，80286支持多用户多任务系统。在保护方式之下，可以保护操作系统，使之不像实模式或8086等不受保护的微处理器那样，在遇到异常应用时会使系统停机。与8086相比，80286的BIU被分成了地址部件AU、指令预取部件IU和总线部件BU。这样，80286的CPU内部的四个部件都可以异步并行操作，比8086的运行速度快。最早PC机的速度是4MHz。1984年IBM发布采

5、用Intel286处理器的PC-AT机(XT机的改进型)，奠定了X86系统结构在PC市场的统治地位。1984年，摩托罗拉的68000是最早推出的32位微处理器,并获得苹果公司青睐，在自己的划时代个人电脑“PC－MAC”中采用该芯片。1985年10月17日，英特尔划时代的产品——80386正式发布了，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后还有少量的40MHz产品。Intel给80386设计了三个技术要点：使用“类286”结构，开发80387微处理

6、器，增强浮点运算能力，开发高速缓存解决内存速度瓶颈.80386系列有两类产品386DX和386SX。80386DX有比80286更多的指令，频率为12.5MHz的80386每秒钟可执行6百万条指令，比频率为16MHz的80286快2.2倍。除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种“虚拟8086”的工作方式。可以同时模拟多个8086微处理器来提供多任务能力，也可以兼容从8086到80386的软件。由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多的领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。8

7、0386的32位CPU成了PC工业的标准。因此,Intel公司又推出了80486CPU内含120万个晶体管，使用1微米的制造工艺,时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。在Intel处理器中，80486CPU第一次采用一级（即把高速缓存、浮点运算单元80387协处理器和CPU集成于一块芯片上）高速缓存（8KB），减少了访问内存RAM的次数；内部高速缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间；它提供的突发模式总线结构加快了RAM和CPU之间的数据传输交换速度；486也有DX和SX之分。80

8、486DX是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。80486DX的性能比带有80387数学协微处理器的80386DX性能提高了4倍。80486SX则没有集成数学协微处理器，但它和80486DX的管脚是通用的。因PC机外部设备受工艺限制，工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高。为此，80486DX2采用了时钟CPU倍频技术。