计算机硬件技术基础 张晓蕾 第1章

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1、计算机硬件技术基础第1章微型计算机系统概论综观计算机技术50多年的发展历程，由于电子元器件的飞速发展，计算机性能得到了极大提高，其体积大大缩小，应用越来越普及。微型计算机由70年代末期8位机开始走向16位机的发展阶段。到80年代，微机这一高科技领域的产品已触及到社会的各个角落。自80年代后期开始，微机进入32位机的发展阶段。本章要点1.1微型计算机发展1.2微型计算机硬件结构1.3微型计算机硬件结构第1章微型计算机系统概论本章要点1.4微机性能1.5实例：计算机性能评估的测试程序习题本章逻辑结构1.1微型计算机发展1.1.1计算机发展

2、的阶段1.1.2微型机系统1.2微型计算机硬件结构1.2.1运算器1.2.2控制器1.2.3存储器1.2.4I/O设备1.3微型计算机硬件结构1.3.1计算机中的数制1.3.2计算机中数的表示1.3.3字符与汉字的编码本章逻辑结构1.4微机性能1.4.1衡量微机性能的主要标准1.4.2CPU性能1.4.3MIPS与MFLOPS1.5实例：计算机性能评估的测试程序1.5.1HWiNFO1.5.2PCMark20021.5.3WinBench991.5.4SiSoftSandra1.5.5AIDA32习题1.1微型计算机发展1.1.1计算

3、机发展的阶段在电子计算机出现后短短的半个多世纪里，计算机技术发展飞速，正迅速渗透到社会的各个领域之中，并逐步进入家庭，成为一个国家现代化的重要标志之一。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。自此，计算机及其相关技术经历了一个快速发展的过程。计算机的应用范围由窄到广，功能越来越强，技术越来越完善，经过了四个重要的历史阶段，成为人类处理信息必不可少的工具之一。

4、其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。四个阶段的特点如表1.1所示：1.1微型计算机发展表1.1计算机发展的四个阶段第三代60年代中期开始中、小规模集成电路几十万～几百万体积、功耗进一步减少，可靠性及速度进一步提高。应用领域进一步拓展到文字处理、企业管理、自动控制、城市交通管理等方面。第四代70年代初开始大规模和超大规模集成电路几千万～千百亿性能大幅度提高，价格大幅度下降，广泛应用于社会生活的各个领域，进入办公室和家庭。在办公自动化、电子编辑排版、

5、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统等领域中大显身手。1.1微型计算机发展表1.1计算机发展的四个阶段起止年代主要元件主要元件图例速度（次/秒）特点与应用领域第一代40年代末至50年代末电子管5000～10000计算机发展的初级阶段，体积巨大，运算速度较低，耗电量大，存储容量小。主要用来进行科学计算。第二代50年代末至60年代末晶体管几万～几十万体积减小，耗电较少，运算速度较高，价格下降。不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务管理，并逐渐用于工业控制。1.1微型计算机发展1．第一代，4位及低档8位微处理器，1971～1972年。1

6、971年，Intel公司推出第一片4位微处理器Intel4004，一次可对4个二进制数进行运算（即字长为4位），它的功能相当于一台ENIAC计算机，4004芯片上集成了2250个晶体管，工作频率为108KHz。Intel公司把这种4004芯片，与一块随机存取存储器芯片、一块只读存储器芯片和一块寄存器芯片组合在一起，制成一台4位微型计算机MCS-4。这是世界上第一台微型计算机，从此揭开了微型机发展的序幕。1972年4月，Intel8008芯片问世。它是世界上最早的8位微处理器，在13.8平方毫米的芯片上做出了能执行45种指令的中央处理器

7、。它能同时对8个二进制数字进行传送和运算（字长为8位），计算能力和适应范围都优于4004，因为4004芯片一次只能对4个二进制数进行运算。一个英文字母就需要用8位二进制数来表示，4004芯片一次还处理不了由8个二进制数表示的数据，而8008芯片一次就可以完成。1.1微型计算机发展2．第二代，中、高档8位微处理器，1973～1977年。1973年，Intel公司推出了8080型微处理器，它的运算速度比4004型要快20倍，芯片上集成了6000个晶体管，其时钟频率为2MHz。8080是一个划时代的产品，它的诞生使得Intel公司有了自己真

8、正意义上的微处理器，也诞生了以8080为核心的第一台微型机——Altair。1975年～1976年，出现了集成度更高、性能更强、速度更快的Z－80微处理器。它是Zilog公司在Intel8080的基础上加以提高而制造出来