微机原理与接口技术－－李云强 第1章 微型计算机概述

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1、微机原理与接口技术中国水利水电出版社主编李云强第1章微型计算机概述1.1计算机的发展概况1.2微型计算机的基本结构1.3微型计算机系统1.4微机的工作过程1.5PC系列微机的体系结构1.1计算机的发展概况1.1.1世界第一台计算机的诞生与冯·诺伊曼计算机结构1946年，在美国的宾西法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC。冯·诺伊曼计算机结构计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成；数据和程序均以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放的位置由存储器的地址指定；计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令加以执行。第一台电子计算机E

2、NIAC冯·诺伊曼首先提出的“存储程序”概念，以及由他首先规定的计算机的基本结构，人们称为“冯·诺伊曼计算机结构”。归纳其基本内容，主要包括以下几点：计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成；数据和程序均以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放的位置由存储器的地址指定；计算机在工作时能够自动地从存储器中取出指令加以执行。冯·诺依曼计算机结构和冯·诺依曼(a)运算器内存储器控制器外存储器输入设备输出设备CPU(b)1.1.2计算机的发展历程第一代计算机第二代计算机第三代计算机第四代计算机第五代计算机第一代计算机的发展阶段为从20世纪40年

3、代末到50年代中期，这个阶段的计算机以电子管为主要元件，也就是电子管时代的计算机。这一代计算机主要用于科学计算。20世纪50年代中期，晶体管取代电子管，大大缩小了计算机的体积，降低了成本，同时将运算速度提高了近百倍，这个时代的计算机也称为晶体管时代的计算机。在应用上，计算机不仅用于科学计算，而且开始用于数据处理和过程控制。20世纪60年代中期，集成电路问世之后，出现了中、小规模集成电路构成的第三代计算机。这一时期，实时系统和计算机通信网络有了一定的发展。20世纪70年代初，出现了以大规模集成电路为主体的第四代计算机。这一代计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高，发展

4、了并行技术和多机系统，出现了精简指令集计算机(ReducedInstructionSetComputer，RISC)。微型计算机(Microcomputer)也是在第四代计算机时代产生的。主要目标是采用超大规模集成电路，在系统结构上类似人脑的神经网络，在材料上使用常温超导材料和光器件，在计算机结构上采用超并行的数据流计算等。1.1.3微型计算机的发展历程第一阶段(1971-1973年)第二阶段(1974-1978年)第三阶段(1978-1981年)第四阶段(1981-1991年)第五阶段(1992年以后)第一阶段(1971—1973年)4位或8位低档微处理器和微型计

5、算机时代，通常称之为第一代，其典型的产品是Intel4004、Intel8008微处理器以及由它们组成的MCS-4和MCS-8微型计算机。系统结构和指令系统均比较简单，主要用于家用电器和简单的控制场合。其主要技术特点如下。(1)处理器为4位或低档8位。(2)采用PMOS工艺，集成度低。(3)运算功能较差，速度较慢。(4)语言主要以机器语言或简单的汇编语言为主。第二阶段(1974—1978年)8位中高档微处理器和微型计算机时代，通常称之为第二代，其典型产品是Intel公司的8080/8085等微处理器。其主要技术特点如下。(1)处理器为中高档8位。(2)采用NMOS工

6、艺，集成度比第一代提高4倍左右。(3)运算速度提高10～15倍。(4)采用机器语言、汇编语言或高级语言，后期配有操作系统。第三阶段(1978—1981年)16位微处理器和微型计算机时代，通常称之为第三代，其典型产品是Intel公司的8086/8088及80286等微处理器。其主要技术特点如下。(1)处理器为16位。(2)采用HMOS工艺，集成度比第二代提高一个数量级(一个数量级就是10的1次方)。(3)运算速度比第二代提高一个数量级。(4)采用汇编语言、高级语言并配有软件系统。第四阶段(1981—1991年)32位微处理器和微型计算机时代，通常称之为第四代，其典型产

7、品是Intel公司的80386/80486等微处理器，以及相应的IBMPC兼容机，如386、486等。其主要技术特点如下。(1)处理器为高性能的16位或32位处理器。(2)采用HMOS或CMOS工艺，集成度在100万晶体管/片以上。(3)运算速度再次提高。(4)部分软件硬件化。第五阶段(1992年以后)高档的32位及64位微处理器时代，是奔腾系列处理器和奔腾系列微型计算机时代，通常称之为第五代，其典型产品是Intel公司的Pentium、PentiumⅡ、PentiumIII、Pentium4、Itanium(安腾)等。典型的CPU芯片图1.2微型计算机的基本结