微机原理第2章-微处理器.ppt

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1、微机原理与接口技术北京航空航天大学电子信息工程学院刘久文、秦红磊、金天第二章微处理器（Microprocessor）－计算机的大脑PC/XT计算机的基本结构美国为超越摩尔定律部署新计划NSF：摩尔定律将在10到20年后达到物理和概念上的极限基于现有的硅技术，摩尔定律将在今后10到20年中达到极限。摩尔定律是由英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔1965年提出的。他指出芯片上可以容纳的晶体管数量每隔18个月会翻一番，相应的计算能力也随之翻番。近日，美国国家科学基金会（NSF）向美国政府申请了2000万美元的

2、经费用于2009年的财政规划，计划启动一个名为超越摩尔定律的科学与工程（ScienceandEngineeringBeyondMoore’sLaw，SEBML）项目。该项目将用于资助那些可以取代当前硅技术的研究。通常，提高晶体管性能的方法是减小分隔晶体管各部分的栅氧化层或绝缘体的厚度。而在不远的将来——8到10年内，栅氧化层的厚度将被减小到能作为有效绝缘体的极限。下一代技术晶体管性能与其大小相关——晶体管越小，性能越好。碳纳米管技术能用于制造更小的晶体管。Foster说：“碳纳米管使得我们可以生产比目前

3、小得多的晶体管。”碳纳米管还可以用于连接电路。这要求电路具有容错能力，对芯片结构的研究提出了新的要求。Foster表示，芯片结构将成为“超越摩尔定律”的重要组成部分。量子计算可以提供大规模计算能力。量子计算利用物质——原子和分子——以超级计算的速度处理海量任务。离子是量子计算机中量子位（qubits）应用的理想选择。Foster说：“我们现在可以在非常低的温度下捕获单个离子，并把它们用作量子位，但实际应用中可能需要满满一屋子的设备。这方面显然还有很大的上升空间，很有前景。”并行性是量子计算的一大特点，因

4、此量子计算的发展需要并行编程技术的提高。而人们从上世纪70年代就开始研究并行计算，但进展缓慢。Intel微处理器技术发展概况20世纪80年代IBM公司以Intel8086/8088作为核心处理器研制出个人计算机—IBMPC，Intel微处理器成为市场主流。1985年Intel推出80386微处理器，完成16位结构向32位结构的转换，386是一个里程碑。1989年Intel推出80486微处理器，片内集成了Cache和浮点部件，基本指令用硬线逻辑实现，指令执行效率大大提高，比386快2-3倍。1993年I

5、ntel推出Pentium处理器，采用0.8um双极性互补氧化物半导体(BiCMOS：ComplementaryMetalOxideSemiconductor)技术,集成310万个晶体管，总线频率为60MHz和66MHz两种。集成电路发展历史早在英特尔公司诞生前，集成电路技术就已经被发明。1947年，AT&T贝尔实验室的三位科学家发明了晶体管，晶体管的出现，迅速替代电子管占领了世界电子领域。随后，晶体管电路不断向微型化方向发展。1957年，美国科学家达默提出“将电子设备制作在一个没有引线的固体半导体板块

6、中”的大胆技术设想，这就是半导体集成电路的核心思想。1958年，美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比(JackKilby)在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在里面，制成世界上第一片集成电路。也正因为这件事，2000年的诺贝尔物理奖颁发给了已退休的基尔比。1959年，美国仙童公司的诺伊斯用一种平面工艺制成半导体集成电路，从此开启了集成电路比黄金还诱人的时代。其后，摩尔、诺宜斯、葛洛夫这三个“伙伴”离开原来的仙童公司，一起开创事业——筹建一家他们自已的公司。三人一致认为，最有发展潜力的半导体市场

7、是计算机存储器芯片市场。英特尔元老（Intel:IntegretedElectronics）摩尔诺宜斯葛洛夫Intel微处理器发展历史1971年，第一个微处理器4004Intel微处理器发展历史1974年，比4004运算能力强2倍，制作了“Mark-8(马克八号)”计算机Intel微处理器发展历史1974年，16位地址线和8位数据线。Intel微处理器发展历史1978年，标志着x86王朝的开始。80878088Intel微处理器发展历史8086的协处理器使用8088的笔记本128KBRAM，3.5寸36

8、0KB或720KB软驱，5MB硬盘。Intel微处理器发展历史集成了14.3万只晶体管、16位字长，时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位。与8086相比，80286寻址能力达到了16MB。80286内部80286电脑Intel微处理器发展历史1985年，英特尔再度发力推出了80386处理器。386集成了27万5千只晶体管，超过了4004芯片的一百倍。并且386还是英特尔第一种32位处理