计算机的发展

1、计算机发展概览计算机是新技术革命的一支主力，也是推动社会向现代化迈进的活跃因素。计算机科学与技术是第二次世界大战以来发展最快、影响最为深远的新兴学科之一。计算机产业已在世界范围内发展成为一种极富生命力的战略产业。现代计算机是一种按程序自动进行信息处理的通用工具，它的处理对象是信息， 处理结果也是信息。利用计算机解决科学计算、工程设计、经营管理、过程控制或人工智能等各种问题的方法，都是按照一定的算法进行的。这种算法是定义精确的一系列规则，它指出怎样以给定的输入信息经过有限的步骤产生所需要的输岀信息。信息处理的一般过程，是计算机使用者针对待解抉的问题，事先编制程序并存入计算机内，然后利用存储程序指

2、挥、控制计算机自动进行各种基本操作，直至获得预期的处理结果。计算机自动工作的基础在于这种存储程序方式，其通用性的基础则在于利用计算机进行信息处理的共性方法。计算机的历史现代计算机的诞生和发展现代计算机问世之前，计算机的发展经历了机械式计算机、机电式计算机和萌芽期的电子计算机三个阶段。早在17世纪，欧洲一批数学家就已开始设计和制造以数字形式进行基本运算的数字计算 机。1642年，法国数学家帕斯卡采用与钟表类似的齿轮传动装置，制成了最早的十进制加法器。1678年，德国数学家莱布尼兹制成的计算机，进一步解决了十进制数的乘、除运算。英国数学家巴贝奇在 1822年制作差分机模型时提岀一个设想，每次完成一

3、次算术运算将发展为自动完成某个特定的完整运算过程。1884年，巴贝奇设计了一种程序控制的通用分析机。这台分析机虽然已经描绘岀有关程序控制方式计算机的雏型，但限于当时的技术条件而未能实 现。巴贝奇的设想提岀以后的一百多年期间，电磁学、电工学、电子学不断取得重大进展， 在元件、器件方面接连发明了真空二极管和真空三极管；在系统技术方面，相继发明了无线电报、电视和雷达。所有这些成就为现代计算机的发展准备了技术和物质条件。与此同时，数学、物理也相应地蓬勃发展。到了20世纪30年代，物理学的各个领域经历着定量化的阶段， 描述各种物理过程的数学方程，其中有的用经典的分析方法已根难解决。于是，数值分析受到了重

4、视，研究岀各种数值积分，数值微分，以及微分方程数值解法，把计算过 程归结为巨量的基本运算，从而奠定了现代计算机的数值算法基础。社会上对先进计算工具多方面迫切的需要，是促使现代计算机诞生的根本动力。20世纪以后，各个科学领域和技术部门的计算困难堆积如山，已经阻碍了学科的继续发展。特别是第二 次世界大战爆发前后，军事科学技术对高速计算工具的需要尤为迫切。在此期间，德国、美国、英国部在进行计算机的开拓工作，几乎同时开始了机电式计算机和电子计算机的研究。德国的朱赛最先采用电气元件制造计算机。他在1941年制成的全自动继电器计算机Z-3 ,已具备浮点记数、二进制运算、数字存储地址的指令形式等现代计算机的

5、特征。在美国，19401947年期间也相继制成了继电器计算机 MARK-1、MARK-2 Model-1、Model-5等。不过，继电器 的开关速度大约为百分之一秒，使计算机的运算速度受到很大限制。电子计算机的开拓过程，经历了从制作部件到整机从专用机到通用机、从“外加式程序”到“存储程序”的演变。1938年，美籍保加利亚学者阿塔纳索夫首先制成了电子计算机的运算部件。1943年，英国外交部通信处制成了 “巨人”电子计算机。这是一种专用的密码分析机， 在第二次世界大战中得到了应用。1946年2月美国宾夕法尼亚大学莫尔学院制成的大型电子数字积分计算机（ENIAC），最初也专门用于火炮弹道计算，后经多

6、次改进而成为能进行各种科学计算的通用计算机。这台完全采用电子线路执行算术运算、逻辑运算和信息存储的计算机，运算速度比继电器计算机快1000倍。这就是人们常常提到的世界上第一台电子计算机。但是，这种计算机的程序仍然是外加式的，存储容量也太小，尚未完全具备现代计算机的主要特征。新的重大突破是由数学家冯诺伊曼领导的设计小组完成的。1945年3月他们发表了一个全新的存储程序式通用电子计算机方案一电子离散变量自动计算机（EDVAC）。随后于1946年6月，冯诺伊曼等人提岀了更为完善的设计报告电子计算机装置逻辑结构初探。同年78月间，他们又在莫尔学院为美国和英国二十多个机构的专家讲授了专门课程电子计算机设

7、计的理论和技术，推动了存储程序式计算机的设计与制造。1949年，英国剑桥大学数学实验室率先制成电子离散时序自动计算机（EDSAC）;美国则于1950年制成了东部标准自动计算机（SFAC）等。至此，电子计算机发展的萌芽时期遂告结束，开始了现代计算机的发展时期。在创制数字计算机的同时，还研制了另一类重要的计算工具一一模拟计算机。物理学家在总结自然规律时，常用数学方程描述某一过程；相反，解数学方程的过程， 也有可能采用物理过程模拟方法，对数发明以后，1620年制成的计算尺，己把乘法、除法化为加法、减法进行计算。麦克斯韦巧妙地把积分（面积）的计算转变为长度的测量，于1855年制成了积分仪。19世纪数学

8、物理的另一项重大成就一一傅里叶分析，对模拟机的发展起到了直接的推动作用。19世纪后期和20世纪前期，相继制成了多种计算傅里叶系数的分析机和解微分方程的微 分分析机等。但是当试图推广微分分析机解偏微分方程和用模拟机解决一般科学计算问题时，人们逐渐认识到模拟机在通用性和精确度等方面的局限性，并将主要精力转向了数字计算机。电子数字计算机问世以后，模拟计算机仍然继续有所发展，并且与数字计算机相结合而产生了混合式计算机。 模拟机和混合机已发展成为现代计算机的特殊品种，即用在特定领域的高效信息处理工具或仿真工具。20世纪中期以来，计算机一直处于高速度发展时期，计算机由仅包含硬件发展到包含硬件、软件和固件三

9、类子系统的计算机系统。计算机系统的性能一价格比，平均每 数量级。计算机种类也一再分化，发展成微型计算机、小型计算机、通用计算机 型和中型计算机），以及各种专用机（如各种控制计算机、模拟一数字混合计算机10年提咼两个（包括巨型、大）等。计算机器件从电子管到晶体管，再从分立元件到集成电路以至微处理器，促使计算机的发展岀现了三次飞跃。在电子管计算机时期(19461959)，计算机主要用于科学计算。主存储器是决定计算机 技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机进行分类。到了晶体管计算机时期 (19591964)，主存储器均

10、采用磁心存储器，磁鼓和磁盘开始用 作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。1964年，在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器， 并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应用，计算机系统中开始岀现固件子系统。20世纪70年代以后，计算机用集成电路的集成度迅速从中小规模发展到大规模、超大规模的水平，微处理器和微型计算机应运而生，各类计算机的性能迅速提高。随

11、着字长4位、8位、16位、32位和64位的微型计算机相继问世和广泛应用，对小型计算机、通用计算机和专用计算机的需求量也相应增长了。微型计算机在社会上大量应用后，一座办公楼、一所学校、一个仓库常常拥有数十台以至数百台计算机。实现它们互连的局部网随即兴起，进一步推动了计算机应用系统从集中式系统向分布式系统的发展。在电子管计算机时期，一些计算机配置了汇编语言和子程序库，科学计算用的高级语言FORTRA初露头角。在晶体管计算机阶段，事务处理的COB0晤言、科学计算机用的 ALGOL吾言， 和符号处理用的LISP等高级语言开始进入实用阶段。操作系统初步成型，使计算机的使用方式 由手工操作改变为自动作业管

12、理。进入集成电路计算机发展时期以后，在计算机中形成了相当规模的软件子系统，高级语 言种类进一步增加，操作系统日趋完善，具备批量处理、分时处理、实时处理等多种功能。数据 库管理系统、通信处理程序、网络软件等也不断增添到软件子系统中。软件子系统的功能不断增强，明显地改变了计算机的使用属性，使用效率显著提高。在现代计算机中，外围设备的价值一般已超过计算机硬件子系统的一半以上，其技术水平在很大程度上决定着计算机的技术面貌。外围设备技术的综合性很强，既依赖于电子学、机械学、光学、磁学等多门学科知识的综合，又取决于精密机械工艺、电气和电子加工工艺以及计量的技术和工艺水平等。外围设备包括辅助存储器和输入输出

13、设备两大类。辅助存储器包括磁盘、磁鼓、磁带、激光存储器、海量存储器和缩微存储器等；输入输出设备又分为输入、输出、转换、模式信息 处理设备和终端设备。在这些品种繁多的设备中，对计算机技术面貌影响最大的是磁盘、终端设备、模式信息处理设备和转换设备等。新一代计算机是把信息采集存储处理、通信和人工智能结合在一起的智能计算机系统。它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，将能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。计算技术在中国的发展在人类文明发展的历史上中国曾经在早期计算工具的发明创造方面写过光辉的一页。远在商代，中国就创造了十进制记数方法，领先于世界千余年。

14、到了周代，发明了当时最先进的计算工具一一算筹。这是一种用竹、木或骨制成的颜色不同的小棍。计算每一个数学问题时，通常编出一套歌诀形式的算法，一边计算，一边不断地重新布棍。中国古代数学家祖冲之， 就是用算筹计算岀圆周率在3.1415926和3.1415927之间。这一结果比西方早一千年。珠算盘是中国的又一独创，也是计算工具发展史上的第一项重大发明。这种轻巧灵活、携带方便、与人民生活关系密切的计算工具，最初大约出现于汉朝，到元朝时渐趋成熟。珠算盘不仅对中国经济的发展起过有益的作用，而且传到日本、朝鲜、东南亚等地区，经受了历史的考验，至今仍在使用。中国发明创造指南车、水运浑象仪、记里鼓车、提花机等，不

15、仅对自动控制机械的发展有卓越的贡献，而且对计算工具的演进产生了直接或间接的影响。例如，张衡制作的水运浑象仪，可以自动地与地球运转同步，后经唐、宋两代的改进，遂成为世界上最早的天文钟。记里鼓车则是世界上最早的自动计数装置。提花机原理刘计算机程序控制的发展有过间接的影响。中国古代用阳、阴两爻构成八卦，也对计算技术的发展有过直接的影响。莱布尼兹写过研究八卦的论文， 系统地提出了二进制算术运算法则。他认为，世界上最早的二进制表示法就是中国的八卦。经过漫长的沉寂，新中国成立后，中国计算技术迈入了新的发展时期，先后建立了研究机构，在高等院校建立了计算技术与装置专业和计算数学专业，并且着手创建中国计算机制造

16、业。1958年和1959年，中国先后制成第一台小型和大型电子管计算机。60年代中期，中国研制成功一批晶体管计算机，并配制了ALGOL等语言的编译程序和其他系统软件。60年代后期，中国开始研究集成电路计算机。70年代，中国已批量生产小型集成电路计算机。80年代以后，中国开始重点研制微型计算机系统并推广应用；在大型计算机、特别是巨型计算机技术方面也取得了重要进展；建立了计算机服务业，逐步健全了计算机产业结构。在计算机科学与技术的研究方面，中国在有限元计算方法、数学定理的机器证明、汉字信息处理、计算机系统结构和软件等方面都有所建树。在计算机应用方面， 中国在科学计算与工程设计领域取得了显著成就。在有

17、关经营管理和过程控制等方面，计算机应用研究和实践也日益活跃。计算机科学与技术计算机科学与技术是一门实用性很强、发展极其迅速的面向广大社会的技术学科，它建立在数学、电子学 （特别是微电子学）、磁学、光学、精密机械等多门学科的基础之上。但是, 它并不是简单地应用某些学科的知识， 而是经过高度综合形成一整套有关信息表示、 变换、存储、 处理、控制和利用的理论、方法和技术。计算机科学是研究计算机及其周围各种现象与规模的科学，主要包括理论计算机科学、 计算机系统结构、 软件和人工智能等。 计算机技术则泛指计算机领域中所应用的技术方法和技术 手段，包括计算机的系统技术、软件技术、部件技术、器件技术和组装技

18、术等。计算机科学与技 术包括五个分支学科，即理论计算机科学、 计算机系统结构、计算机组织与实现、计算机软件和 计算机应用。理论计算机学 是研究计算机基本理论的学科。 在几千年的数学发展中， 人们研究了各 式各样的计算，创立了许多算法。但是，以计算或算法本身的性质为研究对象的数学理论，却是在 20 世纪 30 年代才发展起来的。当时，由几位数理逻辑学者建立的算法理论，即可计算性理论或称递归函数论，对20世纪 40 年代现代计算机设计思想的形成产生过影响。此后，关于现实计算机及其程序的数学模 型性质的研究，以及计算复杂性的研究等不断有所发展。理论计算机科学包括自动机论、形式语言理论、程序理论、算法

19、分析，以及计算复杂性 理论等。 自动机是现实自动计算机的数学模型， 或者说是现实计算机程序的模型， 自动机理论的 任务就在于研究这种抽象机器的模型； 程序设计语言是一种形式语言， 形式语言理论根据语言表 达能力的强弱分为 03型语言，与图灵机等四类自动机逐一对应；程序理论是研究程序逻辑、 程序复杂性、程序正确性证明、程序验证、程序综合、形式语言学，以及程序设计方法的理论基 础；算法分析研究各种特定算法的性质。计算复杂性理论研究算法复杂性的一般性质。计算机系统结构 程序设计者所见的计算机属性，着重于计算机的概念结构和功能特 性，硬件、 软件和固件子系统的功能分配及其界面的确定。 使用高级语言的程

20、序设计者所见到的 计算机属性， 主要是软件子系统和固件子系统的属性， 包括程序语言以及操作系统、 数据库管理 系统、 网络软件等的用户界面。 使用机器语言的程序设计者所见到的计算机属性，则是硬件子系统的概念结构 （硬件子系统结构 ）及其功能特性， 包括指令系统 （机器语言 ） ，以及寄存器定义、 中 断机构、输入输出方式、机器工作状态等。硬件子系统的典型结构是冯诺伊曼结构，它由运算器控制器、存储器和输入、输岀设 备组成，采用“指令驱动”方式。当初，它是为解非线性、微分方程而设计的，并未预见到高级 语言、操作系统等的岀现，以及适应其他应用环境的特殊要求。在相当长的一段时间内，软件子系统都是以这种

21、冯诺伊曼结构为基础而发展的。但是，其间不相适应的情况逐渐暴露岀来，从而推动了计算机系统结构的变革。计算机组织与实现 是研究组成计算机的功能、 部件间的相互连接和相互作用， 以及有 关计算机实现的技术，均属于计算机组织与实现的任务。在计算机系统结构确定分配给硬子系统的功能及其概念结构之后，计算机组织的任务就 是研究各组成部分的内部构造和相互联系， 以实现机器指令级的各种功能和特性。 这种相互联系 包括各功能部件的布置、相互连接和相互作用。随着计算机功能的扩展和性能的提高，计算机包含的功能部件也日益增多，其间的互连结构日趋复杂。现代已有三类互连方式，分别以中央处理器、存储器或通信子系统为中心， 与

22、其 他部件互连。 以通信子系统为中心的组织方式， 使计算机技术与通信技术紧密结合， 形成了计算 机网络、分布计算机系统等重要的计算机研究与应用领域。与计算实现有关的技术范围相当广泛，包括计算机的元件、器件技术，数字电路技术， 组装技术以及有关的制造技术和工艺等。软件 软件的研究领域主要包括程序设计、 基础软件、 软件工程三个方面。 程序设计指设 计和编制程序的过程， 是软件研究和发展的基础环节。 程序设计研究的内容， 包括有关的基本概 念、规范、工具、方法以及方法学等。这个领域发展的特点是：从顺序程序设计过渡到并发程序 设计和分币程序设计； 从非结构程序设计方法过渡到结构程序设计方法； 从低级

23、语言工具过渡到 高级语言工具；从具体方法过渡到方法学。基础软件指计算机系统中起基础作用的软件。计算机的软件子系统可以分为两层：靠近 硬件子系统的一层称为系统软件， 使用频繁， 但与具体应用领域无关； 另一层则与具体应用领域 直接有关，称为应用软件；此外还有支援其他软件的研究与维护的软件，专门称为支援软件。软件工程是采用工程方法研究和维护软件的过程，以及有关的技术。软件研究和维护的 全过程，包括概念形成、要求定义、设计、实现、调试、交付使用，以及有关校正性、适应性、 完善性等三层意义的维护。软件工程的研究内容涉及上述全过程有关的对象、 结构、方法、 工具 和管理等方面。软件目动研究系统的任务是：

24、在软件工程中采用形式方法：使软件研究与维护过程中的 各种工作尽可能多地由计算机自动完成； 创造一种适应软件发展的软件、 固件与硬件高度综合的 高效能计算机。计算机产业计算机产业包括两大部门，即计算机制造业和计算机服务业。后者又称为信息处理产业 或信息服务业。计算机产业是一种省能源、省资源、附加价值高、知识和技术密集的产业，对于 国民经济的发展、 国防实力和社会进步均有巨大影响。 因此， 不少国家采取促进计算机产业兴旺 发达的政策。计算机制造业包括生产各种计算机系统、外围设备终端设备，以及有关装置、元件、器 件和材料的制造。 计算机作为工业产品， 要求产品有继承性， 有很高的性能 - 价格比和综

25、合性能。 计算机的继承性特别体现在软件兼容性方面，这能使用户和厂家把过去研制的软件用在新产品 上，使价格很高的软件财富继续发挥作用，减少用户再次研制软件的时间和费用。提高性能 - 价 格比是计算机产品更新的目标和动力。计算机制造业提供的计算机产品，一般仅包括硬件子系统和部分软件子系统。通常，软 件子系统中缺少适应各种特定应用环境的应用软件。 为了使计算机在特定环境中发挥效能， 还需 要设计应用系统和研制应用软件此外，计算机的运行和维护，需要有掌握专业知识的技术人员， 这常常是一股用户所作不到的。针对这些社会需要， 一些计算机制造厂家十分重视向用户提供各种技术服务和销售服务。一些独立于计算机制造

26、厂家的计算机服务机构， 也在 50年代开始出现。 到 60年代末期， 计算机 服务业在世界范围内已形成为独立的行业。计算机的发展与应用计算机科学与技术的各门学科相结合，改进了研究工具和研究方法，促进了各门学科的 发展。过去，人们主要通过实验和理论两种途径进行科学技术研究。现在，计算和模拟已成为研 究工作的第三条途径。计算机与有关的实验观测仪器相结合，可对实验数据进行现场记录、整理、加工、分析 和绘制图表， 显著地提高实验工作的质量和效率。 计算机辅助设计已成为工程设计优质化、 自动 化的重要手段。 在理论研究方面， 计算机是人类大脑的延伸， 可代替人脑的若干功能并加以强化。 古老的数学靠纸和笔

27、运算， 现在计算机成了新的工具， 数学定理证明之类的繁重脑力劳动， 已可 能由计算机来完成或部分完成。计算和模拟作为一种新的研究手段，常使一些学科衍生出新的分支学科。例如，空气动 力学、 气象学、 弹性结构力学和应用分析等所面临的“计算障碍”， 在有了高速计算机和有关的 计算方法之后开始有所突破， 并衍生出计算空气动力学、 气象数值预报等边缘分支学科。 利用计 算机进行定量研究，不仅在自然科学中发挥了重大的作用，在社会科学和人文学科中也是如此。 例如，在人口普查、社会调查和自然语言研究方面，计算机就是一种很得力的工具。计算机在各行各业中的广泛应用，常常产生显著的经济效益和社会效益，从而引起产业

28、结构、 产品结构、 经营管理和服务方式等方面的重大变革。 在产业结构中已出观了计算机制造业 和计算机服务业，以及知识产业等新的行业。微处理器和微计算机已嵌入机电设备、电子设备、通信设备、仪器仪表和家用电器中， 使这些产品向智能化方向发展。 计算机被引入各种生产过程系统中，使化工、 石油、 钢铁、电力、机械、造纸、水泥等生产过程的自动化水平大大提高，劳动生产率上升、质量提高、成本下降。 计算机嵌入各种武器装备和武器系统干，可显著提高其作战效果。经营管理方面，计算机可用于完成统计、计划、查询、库存管理、市场分析、辅助决策 等，使经营管理工作科学化和高效化，从而加速资金周转，降低库存水准，改善服务质

29、量，缩短 新产品研制周期，提高劳动生产率。在办公室自动化方面， 计算机可用于文件的起草、 检索和管 理等，显著提高办公效率。计算机还是人们的学习工具和生活工具。借助家用计算机、个人计算机、计算机网、数 据库系统和各种终端设备， 人们可以学习各种课程， 获取各种情报和知识， 处理各种生活事务 （ 如 订票、购物、存取款等 ） ，甚至可以居家办公。越来越多的人的工作、学习和生活中将与计算机 发生直接的或间接的联系。普及计算机教育已成为一个重要的问题。总之，计算机的发展和应用已不仅是一种技术现象而且是一种政治、经济、军事和社会现象。 世界各国都力图主动地驾驭这种社会计算机化和信息化的进程， 克服计算

30、机化过程中可能 出现的消极因素，更顺利地向高微处理器的发展历程CPU是Ce ntral Processi ng Un it（中央微处理器）的缩写，它是计算机中最重要的一个部分，由运算器和控制器组成。如果把计算机比作人，那么CPU就是人的大脑。CPU的发展非常迅速，个人电脑从 8088（XT） 发展到现在的 Pentium 4 时代，只经过了不到二十年的时间。从生产技术来说，最初的8088集成了 29000个晶体管，而Pentium皿的集成度超过了 2810 万个晶体管；CPU的运行速度，以 MIPS（百万个指令每秒）为单位，8088是0.75MIPS，到高能奔 腾时已超过了 1000MIPS。

31、不管什么样的 CPU其内部结构归纳起来都可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调，对命令和数据进行分析、判断、 运算并控制计算机各部分协调工作。CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为： 4位微处理器、 8位微处理器、 16位微处理器、 32位微处理器以及正在酝酿构建的 64位 微处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。Intel 40041971 年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器 4004，这是第一个可用于微型计算机的 四位微处理器，它包含 2300 个晶体管。随后英特尔又推出了 8008，由于运

32、算性能很差，其市场 反应十分不理想。 1974 年， 8008 发展成 8080, 成为第二代微处理器。 8080 作为代替电子逻辑电 路的器件被用于各种应用电路和设备中，如果没有微处理器, 这些应用就无法实现。由于微处理器可用来完成很多以前需要用较大设备完成的计算任务，价格又便宜， 于是各半导体公司开始竞相生产微处理器芯片。Zilog公司生产了 8080的增强型Z80,摩托罗拉公司生产了 6800，英特尔公司于 1976年又生产了增强型 8085,但这些芯片基本没有改变 8080的基本特点， 都属于第二代微处理器。它们均采用NMOSE艺，集成度约9000只晶体管，平均指令执行时间为1卩S2卩

33、S,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程，使用单用户操作系统。Intel 80861978 年英特尔公司生产的 8086 是第一个 16位的微处理器。 很快 Zilog 公司和摩托罗拉 公司也宣布计划生产 Z8000 和 68000。这就是第三代微处理器的起点。8086微处理器最高主频速度为8MHz具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB同时英特尔还生产出与之相配合的数学协处理器 i8087, 这两种芯片使用相互兼容的指令集，但 i8087 指 令集中增加了一些专门用于对数、 指数和三角函数等数学计算的指令。 人们将这些指令集统一称 之为X86指令集。虽然以后英特尔又陆续生产岀第二代、

34、第三代等更先进和更快的新型CPU，但都仍然兼容原来的 X86指令，而且英特尔在后续 CPU的命名上沿用了原先的 X86序列，直到后来 因商标注册问题，才放弃了继续用阿拉伯数字命名。1979 年，英特尔公司又开发岀了 8088。 8086和8088在芯片内部均采用 16位数据传输， 所以都称为 16位微处理器，但 8086每周期能传送或接收 16位数据，而 8088每周期只采用 8 位。因为最初的大部分设备和芯片是 8 位的，而 8088 的外部 8位数据传送、接收能与这些设备 相兼容。8088采用40针的DIP封装，工作频率为 6.66MHz、7.16MHz或8MHz微处理器集成了 大约 29

35、000 个晶体管。8086 和 8088 问世后不久，英特尔公司就开始对他们进行改进，他们将更多功能集成在芯片 上，这样就诞生了 80186和80188。这两款微处理器内部均以 1 6位工作，在外部输入输出上 80186 采用 16 位，而 80188 和 8088 一样是采用 8 位工作。1981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的 PC机中，从而开创了全新的微机时代。也正是从8088开始，个人电脑（PC）的概念开始在全世界范围内发展起来。从8088应用到IBM PC机上开始 , 个人电脑真正走进了人们的工作和生活之中，它也标志着一个新时代的开始。Intel 802861982 年，

36、英特尔公司在 8086 的基础上，研制出了 80286 微处理器，该微处理器的最大主频 为20MHz内、外部数据传输均为 16位，使用24位内存储器的寻址，内存寻址能力为 16MB 80286 可工作于两种方式，一种叫实模式，另一种叫保护方式。在实模式下， 微处理器可以访问的内存总量限制在 1 兆字节； 而在保护方式之下， 80286 可直接访问 16 兆字节的内存。此外， 80286 工作在保护方式之下，可以保护操作系统，使之不 像实模式或 8086 等不受保护的微处理器那样，在遇到异常应用时会使系统停机。IBM公司将80286微处理器用在先进技术微机即AT机中，引起了极大的轰动。80286

37、在以下四个方面比它的前辈有显著的改进： 支持更大的内存； 能够模拟内存空间； 能同时运行多个 任务；提高了处理速度。最早PC机的速度是4MHz第一台基于80286的AT机运行速度为6MHz至8MHz 一些制造商还自行提高速度，使80286达到了 20MHz,这意味着性能上有了重大的进步。80286的封装是一种被称为 PGA的正方形包装。PGA是源于PLCC的便宜封装，它有一块内部 和外部固体插脚，在这个封装中， 80286 集成了大约 130000 个晶体管。IBM PC/AT微机的总线保持了 XT的三层总线结构，并增加了高低位字节总线驱动器转换逻 辑和高位字节总线。与 XT机一样，CPU也是

38、焊接在主板上的。那时的原装机仅指 IBM PC 机，而兼容机就是除了 IBM PC 以外的其它机器。在当时，生产CPU的公司除英特尔外，还有 AMD及西门子公司等，而人们对自己电脑用的什么CPU也不关心，因为AMD等公司生产的 CPU几乎同英特尔的一样，直到 486时代人们才关心起自己的 CPU来。808680286这个时代是个人电脑起步的时代，当时在国内使用甚至见到过PC机的人很少，它在人们心中是一个神秘的东西。到九十年代初，国内才开始普及计算机。Intel 803861985 年春天的时候，英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司，它决心全力开发新一代的32 位核心的 CPU80386。 In

39、tel 给 80386 设计了三个技术要点： 使用“类 286”结构， 开发 80387 微处理器增强浮点运算能力，开发高速缓存解决内存速度瓶颈。1985年10月17日，英特尔划时代的产品一一 80386DX正式发布了，其内部包含 27.5万个 晶体管，时钟频率为 12.5MHz，后逐步提高到 20MHz 25MHz 33MHz最后还有少量的 40MHz产 品。80386DX 的内部和外部数据总线是 32 位，地址总线也是 32 位，可以寻址到 4GB 内存， 并可以管理 64TB 的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一 种“虚拟 86”的工作方式，可以通过同时模

40、拟多个8086 微处理器来提供多任务能力。80386DX 有比 80286 更多的指令， 频率为 12.5MHz 的 80386 每秒钟可执行 6 百万条指令， 比频率为16MHz的80286快2.2倍。80386最经典的产品为 80386DX 33MHz一般我们说的 80386 就是指它。由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多的领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。80386使32位CPU成为了 PC工业的标准。虽然当时 80386没有完善和强大的浮点运算单元，但配上 80387协处理器， 80386就可以顺 利完成许多需要大量浮点运算的任务，从而顺利进

41、入了主流的商用电脑市场。另外，30386 还有其他丰富的外围配件支持， 女口 82258（ DMA空制器）、8259A （中断控制器）、8272 （磁盘控制器）、 82385 （Cache控制器）、82062 （硬盘控制器）等。针对内存的速度瓶颈，英特尔为80386设计了高速缓存（Cache），采取预读内存的方法来缓解这个速度瓶颈，从此以后，Cache就和CPU成为了如影随形的东西。Intel 80387/80287严格地说，80387并不是一块真正意义上的CPU而是配合80386DX的协处理芯片，也就是说， 80387 只能协助 80386 完成浮点运算方面的功能，功能很单一。Intel 8

42、0386SX1989年英特尔公司又推岀准32位微处理器芯片80386SX。这是Intel为了扩大市场份额而推岀的一种较便宜的普及型CPU它的内部数据总线为 32位，外部数据总线为 16位，它可以接受为 80286 开发的 16 位输入 /输岀接口芯片，降低整机成本。80386SX推岀后，受到市场的广泛的欢迎，因为80386SX的性能大大优于 80286，而价格只是 80386 的三分之一。Intel 80386SL/80386DL英特尔在1990年推岀了专门用于笔记本电脑的80386SL和80386DL两种型号的386芯片。这两个类型的芯片可以说是80386DX/SX的节能型，其中， 8038

43、6DL是基于80386DX内核，而80386SL是基于80386SX内核的。这两种类型的芯片，不但耗电少，而且具有电源管理功能，在 CPU不工作的时候，自动切断电源供应。Motorola 68000摩托罗拉的 68000 是最早推岀的 32位微微处理器， 当时是 1984 年， 推岀后，性能超群， 并 获得如日中天的苹果公司青睐，在自己的划时代个人电脑“ PC- MAC中采用该芯片。但80386推岀后，日渐没落。AMD Am386SX/DXAMD的 Am386SX/DX是兼容80386DX的第三方芯片，性能上和英特尔的80386DX相差无己，也成为当时的主流产品之一。IBM 386SLC这个是

44、由 IBM 在研究 80386 的基础上设计的， 和 80386 完全兼容， 由英特尔生产制造。 386SLC 基本上是一个在 80386SX的基础上配上内置 Cache，同时包含80486SX的指令集，性能也不错。Intel 804861989 年，我们大家耳熟能详的 80486 芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和 3 亿美元资 金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了 100 万个晶体管的界限， 集成了 120 万个晶体管， 使 用1微米的制造工艺。 80486的时钟频率从 25MHz逐步提高到 33MHz 40MHz 50MHz,80486是将80386和数学协微处理器 80387以及一

45、个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。 80486 中集成的 80487 的数字运算速度是以前 80387 的两倍，内部缓存缩短了微处理器与慢速 DRAM的等待时间。并且，在80x86系列中首次采用了 RISC （精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。 它还采用了突发总线方式， 大大提高了与内存的数据交换速度。 由于这 些改进，80486的性能比带有 80387数学协微处理器的 80386 DX性能提高了 4倍。随着芯片技术的不断发展，CPU的频率越来越快，而PC机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高。在这种情况下，岀现了CPU倍频技术，该技

46、术使CPU内部工作频率为微处理器外频的23倍，486 DX2 486 DX4的名字便是由此而来。Intel 80486 DX常见的 80486 CPU有 80486 DX 33、40、50。486 CPU与 386 DX 一样内外都是 32 位的，但 是最慢的486 CPU也比最快的386 CPU要快，这是因为 486 SX/DX执行一条指令，只需要一个振 荡周期，而386DX CPU却需要两个周期。Intel 80486 SX因为80486 DX CPU具有内置的浮点协微处理器，功能强大，当然价格也就比较昂贵。为了 适应普通的用户的需要， 尤其是不需要进行大量浮点运算的用户， 英特尔公司推岀

47、了486 SX CPU。80486 SX 主板上一般都有 80487 协微处理器插座，如果需要浮点协微处理器的功能，可以插上一个80487协微处理器芯片，这样就等同于486 DX了。常见的80486 SX CPU有: 80486 SX- 25、33。Intel 80486 DX2/DX4其实这种CPU的名字与频率是有关的，这种CPU的内部频率是主板频率的两/四倍，如80486DX2- 66，CPU的频率是66MHz而主板的频率只要是33MHz就可以了。Intel 80486 SL CPU80486 SL CPU最初是为笔记本电脑和其他便携机设计的，与386SL 一样，这种芯片使用3.3V而不是

48、5V电源，而且也有内部切断电路，使微处理器和其他一些可选择的部件在不工作时，处 于休眠状态，这样就可以减少笔记本电脑和其他便携机的能耗，延长使用时间。Intel 486 OverDrive升级486 SX可以在主板的协微处理器插槽上安装一个80487SX芯片，使其等效于 486 DX，但是这样升级后， 只是增加了浮点协微处理器的能力， 并没有提高系统的速度。 为了提高系统的速度，还有另外一种升级的方法，就是在协微处理器插槽上插上一个486 OverDrive CPU ，它的原理与486 DX2CPU样，其内部操作速度可以是外部速度的两倍。如一个20MHz的主板上安插了 OverDrive CP

49、U 之后，CPU内部的操作速度可以达到40MHz 486 OverDrive CPU 也有浮点协微处理器的功能，常见的有： OverDrive 50、66、80。TI 486 DX作为全球知名的半导体厂商之一， 美国德州仪器 (TI) 也在 486 时代异军突起， 它自行生产了 486 DX系列CPU，尤其在486DX2成为主流后，其 DX2- 80因较高的性价比成为当时主流产品之 一, TI 486最高主频为 DX4- 100,但其后再也没有进入过CPU市场。Cyrix 486DLC这是Cyrix公司生产的486 CPU，说它是486 CPU，是指它的效率上逼近486 CPU，却并不是严格意

50、义上的 486 CPU这是由486 CPU的特点而定的。486DLCCPU只是将386DX CPU与 1K Cache 组合在一块芯片里，没有内含浮点协微处理器，执行一条指令需要两个振荡周期。但是由于486DLCCPU设计精巧，486DLC- 33 CPU的效率逼近英特尔公司的486 SX- 25,而486DLC- 40 CPU则超过了 486 SX 25,并且486DLC- 40 CPU的价格比486 SX 25便宜。486DLC CPU是为了升 级386DM而设计的，如果原来有一台386电脑，想升级到 486,但是又不想更换主板，就可以拔下原来的386 CPU，插上一块 486DLC CP

51、U就可以了。Cyrix 5x86自从英特尔另辟蹊径， 开发了 Pentium 之后， Cyrix 也很快推出了自己的新一代产品 5x86。 它仍然延用原来 486系列的CPU插座，而将主频从100MHz提高到120MHz= 5x86比起486来说性 能是有所增加， 可是比起 Pentium 来说， 不但浮点性能远远不足， 就连 Cyrix 一向自豪的整数运 算性能也不那么高超，给人一种比上不足比下有余的感觉。由于5x86 可以使用 486的主板，因此一般将它看成是过渡产品。AMD 5x86AMD 486DX是AMD公司在486市场的利器，它内置 16KB回写缓存，并且开始了单周期多指 令的时代

52、，还具有分页虚拟内存管理技术。由于后期TI推岀了 486DX2- 80,价格非常低，英特尔又推岀了 Pentium系列，AMD为了抢占市场的空缺，推岀了 5x86系列CPU它是486级最高主频的产品，为 5x86 120及133。它采用了一体的 16K回写缓存，0.35微米工艺，33X4的133 频率，性能直指 Pentiun 75 ，并且功耗要小于 Pentium 。Intel Pentium1993年，全面超越 486的新一代586 CPU问世，为了摆脱 486时代微处理器名称混乱的困扰，英特尔公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。AMD和Cyr

53、ix也分别推岀了 K5和6x86微处理器来对付芯片巨人，但是由于奔腾微处理器的性能最佳， 英特尔逐渐占据了大部分市场。Pentium最初级的CPU是 Pentium 60和Pentium 66,分别工作在与系统总线频率相同的60MHz和66MHz两种频率下，没有我们现在所说的倍频设置。早期的奔腾75MHz120MHz使用0.5微米的制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35 微米工艺。经典奔腾的性能相当平均，整数运算和浮点运算都不错。Intel Pentium MMX为了提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力，许多新指令集应运而生，其中最著名的三种便是英特尔的 MMX SSE禾口

54、 AMD的3D NOW! MMX （ MultiMedia Extensions ，多媒体扩展指 令集）是英特尔于 1996年发明的一项多媒体指令增强技术， 包括 57 条多媒体指令， 这些指令可 以一次处理多个数据，MMX技术在软件的配合下，就可以得到更好的性能。多能奔腾（Pentium MMX的正式名称就是“带有 MMX技术的Pentium"，是在 1996年底发布 的。从多能奔腾开始， 英特尔就对其生产的 CPU开始锁倍频了，但是MMX的 CPU超外频能力特别 强，而且还可以通过提高核心电压来超倍频， 所以那个时候超频是一个很时髦的行动。 超频这个 词语也是从那个时候开始流行的

55、。多能奔腾是继 Pentium 后英特尔又一个成功的产品，其生命力也相当顽强。多能奔腾在原 Pentium的基础上进行了重大的改进，增加了片内16KB数据缓存和16KB指令缓存，4路写缓存以及分支预测单元和返回堆栈技术。特别是新增加的57条MMX多媒体指令，使得多能奔腾即使在运行非MMX尤化的程序时，也比同主频的Pentium CPU要快得多。这57条MMX指令专门用来处理音频、视频等数据。这些指令可以大大缩短CPU在处理多媒体数据时的等待时间，使CPU拥有更强大的数据处理能力。与经典奔腾不同，多能奔腾采用了双电压设计，其内核电压为 2.8V，系统I/O电压仍为原来的 3.3V。如果主板不支持

56、双电压设计， 那么就无法升级到多能奔腾。多能奔腾的代号为 P55C，是第一个有 MMX技术（整量型单元执行）的CPU拥有16KB数据L1 Cache，16KB 指令 L1 Cache ，兼容 SMM，64 位总线， 528MB/s 的频宽， 2 时钟等待时间， 450 万 个晶体管，功耗 17 瓦。支持的工作频率有 :133MHz、 150MHz、 166MHz、 200MHz、 233MHz。Intel Pentium Pro曾几何时，Pentium Pro 是高端CPU的代名词，Pentium Pro所表现的性能在当时让很多人 大吃一惊，但是 Pentium Pro是32位数据结构设计的

57、CPU，所以Pentium Pro运行16位应用程 序时性能一般，但仍然是32位的赢家，但是后来，MMX勺岀现使它黯然失色。Pen tium Pro（高能奔腾，686级的CPU）的核心架构代号为P6 （也是未来 PH、P皿所使用的核心架构），这是第一代产品，二级Cache有256KB或512KB，最大有1MB的二级 Cache。工作频率有 :133/66MHz（ 工程样品 ） ， 150/60MHz、 166/66MHz、 180/60MHz、 200/66MHz。AMD K5K5是AMD公司第一个独立生产的x86级CPU发布时间在1996年。由于K5在开发上遇到了问题， 其上市时间比英特尔的 Pentium 晚了许多， 再加上性能不好， 这个不成功的产品一度使得 AMD的市场份额大量丧失。K5的性能非常一般，整数运算能力不如Cyrix的6x86，但是仍比Pent