第一章微型计算机和微处理器的发展2ppt课件

1、微型计算机和微处理器的发展计算机发展概况计算机发展概况 电子管晶体管集成电路VLSI第一代电子管计算机 1946年，第一台计算机在美国诞生第二代晶体管计算机第三代集成电路计算机 微处理器的诞生与发展第四代超大规模集成电路计算机Intel公司公司 Intel公司成立于公司成立于1968年。年。创始人创始人: 格鲁夫左）格鲁夫左） 诺依斯中）诺依斯中） 摩尔右）摩尔右） 是微电子业界的梦幻组是微电子业界的梦幻组合合摩尔定律摩尔定律 摩尔预言，晶体管的密摩尔预言，晶体管的密度每过度每过18个月就会翻一个月就会翻一番，这就是著名的摩尔番，这就是著名的摩尔定律。定律。第一代微处理器第一代微处理器（4位机

2、和低档位机和低档8位机）位机） Intel 4004 1971年年1月，月，Intel公司研制成功世公司研制成功世界上第一片微处理器芯片界上第一片微处理器芯片Intel 4004，微处，微处理器和微机时代从此开始。理器和微机时代从此开始。 4004是个四位系统，只有是个四位系统，只有2300个个晶体管，时钟频率在晶体管，时钟频率在108KHz，每秒执行，每秒执行6万条指令万条指令0.06 MIPs)。 Intel 8008 1972年年4月，开发出第一个月，开发出第一个8位微处理器位微处理器Intel 8008第二代微处理器中、高档第二代微处理器中、高档8位机）位机） Intel 8080 1

3、973年年8月，研制出月，研制出8位微处理器位微处理器Intel 8080，以，以N沟道沟道MOS电路取代了电路取代了P沟沟道，使用了基于道，使用了基于6微米技术的微米技术的6000个晶体管。个晶体管。主频主频2MHz的的8080芯片运算速度比芯片运算速度比8008快快10倍，可存取倍，可存取64KB存储器，处理速存储器，处理速度为度为0.64MIPS。 第二代微处理器中、高档第二代微处理器中、高档8位机）位机） 1976年年,Intel 发布发布8085处理器处理器 当时，当时，Zilog、Motorola和和Intel在微处理器领域三足鼎立。在微处理器领域三足鼎立。 Zilog公司于公司于

4、1976年开发出年开发出Z80微处理器，广泛用于微型计微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。算机和工业自动控制设备。 Motorola开发出开发出MC6800微处微处理器。理器。Apple计算机计算机 1976年年 ，Apple计算机公司计算机公司开发出微型计算机开发出微型计算机Apple I ， Apple II 。 Apple II是第一个带是第一个带有彩色图形的个人计算机，有彩色图形的个人计算机， 是是IBM PC机问世之前世界上最流机问世之前世界上最流行的微型计算机。行的微型计算机。 Apple II及其系列改进及其系列改进机型风靡一时，这使机型风靡一时，这使Apple成为成

5、为微型机时代最成功的计算机公司微型机时代最成功的计算机公司之一。之一。第三代微处理器第三代微处理器16位机）位机） Intel 8086和和8088 1978年，年，Intel推出推出4.77MHz的的8086微处理器，集成了微处理器，集成了 29000个个3微米技术的晶体管，采用微米技术的晶体管，采用16位寄存器和位寄存器和16位数据总位数据总线，线，20位地址总线。位地址总线。 1年之后年之后, Intel推出推出4.77MHz的准的准16位微处理器位微处理器8088，它，它是是8086的廉价版本的廉价版本 。内部以。内部以16位运行，但支持位运行，但支持8位数据总线位数据总线 。IBM公

6、司公司1981年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片。 1979年，年，Motorola推出推出M68000 16位微处理器，它因采用位微处理器，它因采用了了68000个晶体管而得名。个晶体管而得名。IBM PC 1981年年8月，月，IBM公司在纽约宣布公司在纽约宣布第一台第一台IBM PC诞生诞生 ，这也标志着，这也标志着x86架构和架构和IBM PC 兼容电脑的产兼容电脑的产生。生。 第一台第一台IBM PC采用了主频采用了主频为为4.77MHz的的Intel 8088，操作系，操作系统是统是Microsoft提供的提供的MS-DOS。 IBM将其命名

7、为将其命名为“个人电脑个人电脑Personal Computer）”，其缩，其缩写写“PC成为所有个人电脑的代名成为所有个人电脑的代名词。词。 第三代微处理器第三代微处理器16位机）位机） 1982年，年，Intel推出推出80286处处理器，集成了大约理器，集成了大约13.4万个万个晶体管晶体管,最大主频为最大主频为20MHz,采用采用16位数据总线和位数据总线和24位地位地址总线。址总线。 两种工作模式：实模两种工作模式：实模式式, 保护模式。保护模式。 第四代微处理器第四代微处理器32位机）位机） 1985年，年，Intel推出推出80386 微处理器微处理器(最高最高33MHz 主频主

8、频)，集成集成275,000个晶体管。个晶体管。 具有具有32位数据线、位数据线、32位位地址线可以直接访问地址线可以直接访问4G字字节的内存）。节的内存）。 工作模式：实模式、保工作模式：实模式、保护模式、虚拟护模式、虚拟86模式可以同模式可以同时模拟多个时模拟多个8086处理器来加强处理器来加强多任务处理能力）。多任务处理能力）。 具有比具有比80286更多的指更多的指令集。令集。第四代微处理器第四代微处理器32位机）位机） 1989年年4月，月，Intel推出推出 80486微处理器。集成了微处理器。集成了120万个万个 晶体管晶体管,使用使用1微米微米的制造工艺。的制造工艺。 486其

9、实就是其实就是80386+80387协处理器协处理器+8KB一级缓存一级缓存,是超级版是超级版本的本的386。第五代微处理器第五代微处理器64位机）位机） 1993年，英特尔公司的年，英特尔公司的Pentium(奔腾奔腾)问世，采用问世，采用0.6微米工艺，集成微米工艺，集成310万万只晶体管。只晶体管。 64位数据线、位数据线、32位地址线，位地址线，16KB的的cache，采用超标，采用超标量结构。量结构。 时钟频率从最初的时钟频率从最初的60MHz、66MHz ，一直上升到，一直上升到133MHz ，处理速度比，处理速度比486快快68倍。倍。第五代微处理器第五代微处理器64位机）位机）

10、 2019年，年，Intel推出了推出了Pentium Pro处理处理器，集成了器，集成了5.5 M个晶体管。个晶体管。Pentium Pro的工作频率有的工作频率有150/166/180和和200MHz四种，四种，都具有都具有16KB的一级缓存和的一级缓存和256KB的二级缓的二级缓存。存。 Pentium Pro采用了采用了“PPGA” 封装封装技术。即一个技术。即一个256KB的二级缓存芯片与的二级缓存芯片与Pentium Pro芯片封装在一起芯片封装在一起 ，这样就使，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。第五代微处理器第五代微处理器64位

11、机）位机） 2019年，年，Intel推出推出Pentium MMX 。Pentium MMX增加了片增加了片内内16KB数据缓存、数据缓存、16KB指令缓指令缓存和存和4路写缓存，特别新增加了路写缓存，特别新增加了57条条MMX多媒体指令专门用来多媒体指令专门用来处理音频、视频等数据处理音频、视频等数据 ）。比普）。比普通通CPU处理多媒体的能力提高了处理多媒体的能力提高了60左右。左右。 其工作频率有其工作频率有166MHz、200MHz、233MHz三种。三种。 第五代微处理器第五代微处理器64位机）位机） 2019年年4月月,英特尔发布了英特尔发布了Pentium II处理器。内部集处

12、理器。内部集成了成了750万个晶体管，并整合了万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。指令集技术。 Pentium II架构已经从架构已经从Socket 7转成转成Slot 1，并首，并首次引入了次引入了S.E.C封装封装(Single Edge Contact)技术，将高技术，将高速缓存与处理器整合在一块速缓存与处理器整合在一块PCB板上。板上。Slot 1的的Pentium II晶体管数为晶体管数为900万。其工作频率可达万。其工作频率可达333MHz 。第五代微处理器第五代微处理器64位机）位机） 2019年年1月，月，Intel推出奔腾推出奔腾III处理器，它采用处理器，它采用0.25微

13、米制微米制造工艺，拥有造工艺，拥有32K一级缓存和一级缓存和512K二级缓存，包含二级缓存，包含MMX指令和指令和Intel自己的自己的“ 3D指令指令SSE。此外其身份代码还可。此外其身份代码还可通过通过Internet读取。读取。 2019年年10月，月，Intel推出了基于推出了基于0.18微米工艺制造的微米工艺制造的Pentium III处理器处理器 ，工作频率高达，工作频率高达733MHz 。 第五代微处理器第五代微处理器64位机）位机） 2000年年11月，月，Intel 发布了发布了Pentium4。Pentium4采采用用0.18微米铝导线工艺。主频可达微米铝导线工艺。主频可达

14、1.7GHz和和1.8GHz Pentium 4抛弃了抛弃了Intel沿用了多年的沿用了多年的P6结构，采结构，采用了新的用了新的 NetBurst CPU结构结构 。其优点：。其优点：20段的超级流段的超级流水线、高效的乱序执行功能、水线、高效的乱序执行功能、2倍速的倍速的ALU、新型的片上、新型的片上缓存、缓存、SSE2指令扩展集和指令扩展集和400MHz的前端总线等。的前端总线等。 Intel很快又开发出很快又开发出0.13微米工艺的微米工艺的Pentium4芯片，芯片，其主频有了很大飞跃，其主频有了很大飞跃， 31级流水线设计，配备级流水线设计，配备16KB的的一级数据缓存和多达一级数

15、据缓存和多达1MB的二级缓存的二级缓存 。 20192019年年IntelIntel推出推出90nm90nm工艺的工艺的Pentium 4EPentium 4E处理器，集成了处理器，集成了1 1亿个晶体管。支持超线程技术，亿个晶体管。支持超线程技术，800MHz800MHz前端总线和前端总线和1MB1MB二二级缓存级缓存 。 但工艺的提升，没有使得功耗降低，主频提升，因为芯片但工艺的提升，没有使得功耗降低，主频提升，因为芯片中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄，进而中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄，进而导致泄漏电流，增加了芯片的额外功耗。导致泄漏电流，增加了芯片的额外功耗。

16、 2019年，年，Intel迅速推出了迅速推出了65nm工艺工艺 的的Pentium Extreme Edition 955双核处理器。双核处理器。 无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进，包无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进，包括独立的双括独立的双L2 Cache设计。设计。 在漏电方面也有非常显著的改进。在漏电方面也有非常显著的改进。多核处理器多核处理器多核处理器多核处理器 20192019年，年，IntelIntel推出推出45nm 45nm 多核处理器，包括双核、四核共多核处理器，包括双核、四核共7 7款芯片。款芯片。 双核版建双核版建 4.1 4.1 亿个晶体管，

17、四核版则有亿个晶体管，四核版则有8.28.2亿个晶体管。亿个晶体管。 微架构经强化后，在相同频率下较上代微架构经强化后，在相同频率下较上代CoreCore产品拥有更高产品拥有更高性能，同时性能，同时L 2 CacheL 2 Cache容量亦提升容量亦提升50%50%，明显提高数据读取，明显提高数据读取执行的命中率。此外，亦加入执行的命中率。此外，亦加入4747条全新条全新Intel SSE4Intel SSE4指令，指令，提高多媒体性能和实现高性能运算应用。提高多媒体性能和实现高性能运算应用。2019年年1月月8日，英特尔在北京举行了题为日，英特尔在北京举行了题为“以智变以智变 应万变的全新应

18、万变的全新32nm 双核双核4线程线程 酷睿处理器酷睿酷睿处理器酷睿i7/i5/i3发布会。发布会。酷睿酷睿i7/i5处理器拥有独特的英特尔睿频加速技术，能够根据工作负载处理器拥有独特的英特尔睿频加速技术，能够根据工作负载动态、智能地调节频率和性能，在工作量较大时能实现按需提升频率动态、智能地调节频率和性能，在工作量较大时能实现按需提升频率自动加速原始主频自动加速原始主频2.66GHz可加速到可加速到3.33GHz） 。酷睿酷睿i7/i5/i3处理器使用英特尔超线程技术，让每个内核同时运行双重处理器使用英特尔超线程技术，让每个内核同时运行双重任务，实现高效、智能的多任务处理。任务，实现高效、智能的多任务处理。 2019年年2月，月，Intel推出推出32nm工艺的六核处理器工艺的六核处理器 酷睿酷睿i7-780 ，开发代，开发代号为号为Gulftown。主频。主频3.6GHz，搭配，搭配12MB三级缓存，每个核心可以三级缓存，每个核心可以运行两个线程，即最多可以同时运行运行两个线程，即最多可以同时运行12个线程。此外，还支持个线程。