微型计算机原理及应用(第一章)微型计算机发展.docVIP

微型计算机基础 微型计算机发展 自从1946年第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator)问世以来，计算机的发展经历了从电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计算机等发展历程。 随着半导体技术的迅猛发展，大规模集成电路(LSI)器件的采用，使得计算机的运算器、控制器组成的中央处理器(CPU)可以集成在一个芯片中，从而出现了微处理器芯片，并使得以微处理器为核心的微型计算机成为现实。随着大规模集成电路技术的发展，几乎每隔二、三年就推出一代新的微处理器，微型计算机得到了迅猛的发展。 1.1.1 微处理器和微型计算机的发展 微型计算机与大型机、中型机和小型机在工作原理上并没有本质的区别，仍是以运算器、控制器构成的中央处理器(CPU)为核心。但由于它采取了LSI器件，把运算器、控制器集成在一个芯片中，出现了微处理器(Microprocessor)，而微型计算机(Microcomputer)是以微处理器为基础，配以内存储器以及输入/输出接口电路和相应的辅助电路构成的计算机。微型计算机随着微处理器的发展，也经历了五个阶段(或五个时代)的演变。 第一代微处理器(1971年开始)，典型产品为Intel4004/8008，字长为4位/8位，芯片采用PMOS工艺，集成度为2000只晶体管/片，时钟频率1MHz左右，平均指令执行时间为10~20μs。 第二代微处理器(1973年开始)，典型产品Intel 8080、Intel 8085、Motorola MC6800、Zilog Z80，字长为8位，芯片采用NMOS工艺，集成度为9000只晶体管/片，时钟频率1~4MHz，平均指令执行时间为1~2μs。 第三代微处理器(1978年开始)，典型产品Intel 8086、Intel 80286、Motorola MC68000、Zilog Z8000，字长为16位，芯片采用HMOS工艺，集成度为2万~7万只晶体管/片，时钟频率4~25MHz，平均指令执行时间为0.5μs。 第四代微处理器(1983年开始)，典型产品Intel 80386、Intel 80486、Motorola MC68020、Zilog Z80000，字长为32位，芯片采用CHMOS工艺，集成度为15万~50万只晶体管/片，时钟频率16~40MHz，平均指令执行时间小于0.1μs。 第五代微处理器(1993年开始)，典型产品主要有Intel公司的奔腾(Pentium)系列，如 Pentium 586、Pentium pro、Pentium MMX、Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ、Pentium Ⅳ等，是属于高档的32位微处理器。集成度为310万~4200万只晶体管/片，时钟频率60M~2GHz。由于奔腾系列微处理器采用了超流水线技术、超高速缓存技术等新的技术，使得微处理器的性能得到大幅的提升。 在不断完善32位微处理器系列的同时，Intel公司2000年11月又推出了第一代的64位微处理器Itanium，标志着Intel微处理器进入64位时代。 微处理器发展到今天，已使微型计算机在整体性能、处理速度、图形图像处理、多媒体信息处理以及网络通信等诸多方面达到甚至超过了小型机。 1.1.2 微型计算机的分类及其应用 1. 微型计算机的分类 微型计算机的分类方法很多。按微处理器的位数划分，有4位机、8位机、16位机、32位机和64位机；按组装形式和系统规模划分，有单片机、单板机和个人计算机等。 1)单片机 将微处理器、RAM、ROM及I/O接口电路等集成在一块芯片上的计算机，称为单片微型计算机，简称单片机。由于单片机体积小、功耗低、可靠性高，在智能仪器仪表和控制领域得到广泛应用。典型的有Intel 8051、Intel 8096，Motorola 6805、6811等产品。 2)单板机 将微处理器、RAM、ROM、I/O接口电路及少量的输入/输出设备装配在一块印刷线路板上的计算机，称为单板微型计算机，简称单板机。单板机结构简单、价格低廉、具有独立的微型机操作功能，但输入/输出设备简单，一般为小键盘、数码显示器等，通常用在简单的控制系统和教学实验。典型的有以Z80为CPU的TP-801、以Intel 8086为CPU的TP-86等。 3)个人计算机 个人计算机(Personal Computer)，简称PC 机，是指由微处理器组装而成，供单个用户使用，便于搬运和维护的计算机。通常说的微型计算机或家用电脑就属于个人计算机。典型的有IBM公司推出的IBM-PC系列计算机。随着各厂家先后加入PC机的研制和生产，PC机的价格大幅降低、性能大幅提高，也加速了PC机的普及和应用。现在，个人计算机在商用、家