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1、第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 一、计算机的发展一、计算机的发展 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展 三、微型计算机的特点三、微型计算机的特点四、微型计算机及相关技术的发展趋向四、微型计算机及相关技术的发展趋向 第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 一、计算机的发展一、计算机的发展 电子数字计算机是高速度自动地进行算术和逻辑运算的电子设备,它的发明和应用标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。可以说在人类发展史上,电子数字计算机的发明引起了一场极为深刻的工业革命。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 计算机
2、的发展,从一开始就和电子技术,特别是半导体微电子技术和通信技术密切相关。按照构成计算机所采用的电子器件及其电路的变革,把计算机划分为若干“代”来标志计算机的发展,这已成为一种常识。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展 微型计算机属于第四代计算机。从1971年INTEL公司生产出第一个微处理器4004开始,在短短的十几年时间里,微处理器如雨后春笋大量地涌现出来,开发出了四代产品。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 第一代产品出现在1971年到1973年,以INTEL公司的8008为代表,采用PMOS工艺,基本指令执行时间为20 s到
3、50 s,基本指令有48条,时钟频率在500 kHz以下,集成度为2300元件/片。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 图1-1 计算机价格速度的进展第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 在1975年到1977年间出现了集成度更高,性能更好的微处理器。1978年以后,各厂家相继生产出了十六位微处理器。80286微处理器主要是为要求高性能应用程序而设计的,与8088、8086向上兼容。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 到目前为止,在英特尔系列的微处理器中,又开发出了80486微处理器、i860 64位微处理器。总之,随着超大规模集成电路工艺及超超大规模集成电路
4、工艺的进一步发展,微处理器及微型计算机的性能将有进一步提高。表1-1列出了INTEL公司微处理器集成度的进展。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 表1-1 INTEL公司处理器集成度进展 第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 三、微型计算机的特点三、微型计算机的特点 建立在微细加工工艺基础上的微型计算机有许多突出的优点,正是由于这些优点,使它从问世以来就得到了极其迅速的发展和广泛的应用。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 微型计算机的设计,参考了其它类型计算机的优点,与别的电子设备比较,它的运算速度快、计算精度高,具有记忆和逻辑判断能力,而且每种微处理器都配有
5、一整套支持相应微型计算机工作的软件。硬件和软件的配合,相辅相成,使微型计算机的功能大大增强,适合各行各业各种不同目的的应用。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 由于微处理器及其配套系列芯片上可做出几千、几万甚至几十万个元件,这就减少了大量的焊点、连线、接插件等不可靠因素,使可靠性大大增加。微处理器及其配套系列芯片采用集成电路工艺,集成度高,适合工厂大批量生产。在微型计算机中,硬件扩展是很方便的,而且系统的软件是很容易改变的。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 5.周期短、见效快 微处理器制造厂家除生产微处理器芯片外,还生产各种配套的支持芯片,同时也提供许多有关的支持软件
6、,这就为我们构成一个微型计算机应用系统创造了十分有利的条件。6.体积小、重量轻、耗电省 微处理器及其配套支持芯片的尺寸均比较小,最大也不过几百平方毫米。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 四、微型计算机及相关技术发展的趋向四、微型计算机及相关技术发展的趋向 目前微型计算机基本上是沿着两个方向发展:一是生产性能更好的单片机及4位、8位微型计算机,主要是面向要求低成本的家电、传统工业改造及普及教育等,其特点是专用化、多功能、可靠性好;二是发展16位、32位、64位微型计算机,面向更加复杂的数据处理、OA、DA科学计算等,其特点是大量采用最新技术成果,在IC技术、体系结构等方面,向高性能
7、、多功能的方向发展。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 在一般的微处理器中,在一个总线周期(或一个机器周期)未执行完以前,地址总线上的地址是不能更新的,如图1-2(a)所示。在流水线结构情况下,如80286的总线周期中(如图1-2(b)所示),当前一个指令周期正在执行命令时(TC周期),下一条指令的地址已被送到地址线,这样从宏观来看两条指令执行在时间上是重叠的。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 图1-2 一般CPU总线周期与80286总线周期比较 第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 2.芯片上存贮管理技术 该技术是把存贮器管理部件与微处理器集成在一个芯片上
8、。目前把数据高速缓存、指令高速缓存与MMU(存贮器管理单元)结合在一起的趋势已十分明显,这样可以减少CPU的访问时间,减轻总线的负担。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 该技术已成为当前微处理器存贮管理中的一个重要技术,它允许用户将外存看成是主存贮器的扩充,即模拟一个比实际主存贮器大得多的存贮系统,而且它的操作过程是完全透明的。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 4.并行处理的哈佛(Harvard)结构 为了克服MPU数据总线宽度的限制,尤其是在单处理器情况下,进一步提高微处理器的处理速度,采用高度并行处理技术HarVard结构已成为引人注目的趋势。哈佛结构的基本特性是:采用多个内部数据/地址总线;将数据和指令缓存的存取分开;使MMU和转换后援缓冲存贮器(TLB)与CPU实现并行操作。该结构是一种非冯诺依曼结构,其典型的代表产品是莫托罗拉的MC68030。第一章第一章 计算机的发展概况计算机的发展概况 5.RISC结构 所谓RISC结构就是简化指令集的微处理器结构。其指导思想是在微处理器芯片中,将那些不常用的由硬件实现的复杂指令改由软件来实现,而硬件只支持常用的简单指令。6.整片集成技术(Wafer scale Integration)