第一章计算机的由来

1、微机原理和接口技术，1 .计算机的发展历史2 .微机处理器的发展3 .微机计算机的构成微机系统的构成4 .微机计算机的工作过程5 .微机系统的性能指标6 .单片机，单片机单片机的差异，计算机的发展历史1，电子计算机的诞生，每秒5000次的加法每秒50次的乘法平方和立方的计算Sin函数和Cos函数的数值运算等更复杂的计算。 第一个电子计算电子计算机(eniac )于1946年出生于美国。 第一台数字电子计算机，1946年ENIAC计算机发布ENIAC (电子数字积分机和计算机) :开发单位：美国宾夕法尼亚大学用途：军事计算速度： 5000次/秒体积价格： 170平方米，30吨，140千瓦，40万

2、美元，其逻辑元件为电子管代表人物：英国科学家阿兰图灵和美国国籍匈牙利科学家冯诺伊曼。 冯诺伊曼计算机模型。 2 )存储器以二进制形式存储指令和数据，3 )存储程序的动作，4)5个部件以运算器为中心组织。 1 )计算机由运算器、存储器、控制器和输入输出5个部件构成，由冯诺伊曼计算机构成，第二、第二代计算机(50年代中后期到60年代中)，逻辑元件采用晶体管，其内部存储器由核心构成，鼓和磁带成为外部存储器。 逻辑结构实现了浮点运算，提出了索引、中断、I/O处理等新概念。 出现了多种高级语言及其编译器。 第三、第三代计算机(从60年代中期到70年代中期)，逻辑元件和存储器是由集成电路实现的硬件上，微程

3、序控制、高速缓存、虚拟存储器、管线等先进计算机技术开始使用的另一大特征是大型/大型机和小型飞机同时发展、具有资源调度、人/机械通信、输入输出控制等功能的操作系统出现了，小规模集成电路、第四、第四代计算机(从70年代中期开始)、大规模(LSI )和超大规模(VLSI )集成电路和微处理器是这一代计算机的典型特征。超大规模集成电路、计算机网络的发展和广泛应用。 并行处理技术、嵌入式系统、超标量技术：意味着CPU能够在一个时钟周期内执行一个或多个指令，5、下一代计算机、新设备和非电话噪声人结构已经成为下一代计算机的公认标记。 神经元、生物芯片、分子电子器件、超导计算机、量子计算机。 日本的第五代计算

4、机系统研究计划(1982-1992年)，建立并行推论是未来信息处理的核心。 计算机发展历史：总结，1946年开发的第一台数字计算机60的多年发展速度大大超过了预期：性能、体积、价格、应用领域和搭载数量的软件技术和软件产品使用的部件第一代：电子管鼓第二代：晶体管小规模集成电路第4代：大、超大规模集成电路微处理器的发展第一代微处理器(4位机和低级8位机)，英特尔于Intel40041971年1月，开发了世界上第一个微处理器芯片Intel4004 4004是4位系统，只有2300个晶体管，时钟频率为108KHz，每秒执行6万个指令(0.06MIPs )。 Intel80081972年4月，开发了前8

5、位微处理器Intel8008、第二代微处理器(中高级8位)、Intel80801973年8月，8位微处理器Intel8080，并开发了n通道工作频率2MHz的8080芯片比8008快10倍，能访问64KB内存，处理速度为0.64MIPS。 第二代微处理器(中高级8位机器)在1976年英特尔发布8085处理器时，Zilog、Motorola和英特尔在微处理器领域成立了三角形。 Zilog公司于1976年开发了Z80微处理器，广泛用于微机和工业自动控制设备。摩托罗拉开发了MC6800微处理器。 第三代微处理器(16位机器)、Intel8086和80881978年，Intel推出4.77MHz的80

6、86微处理器，集成了29000个3微米技术的晶体管，包括16位寄存器和16位数据总线、 一年后，英特尔推出了4.77MHz标准16位微处理器8088。 这是8086的廉价版本。 内部以16位运行，但支持8位数据总线。 PR公司1981年生产的第一台计算机使用了这个芯片。 1979年，摩托罗拉推出了M6800016位微处理器。 这是因为采用了68000个晶体管而得名的。 第三代微处理器(16位计算机)，1982年，英特尔推出了80286处理器，集成了约13.4万个晶体管，最大时钟数为20MHz，采用了16位数据总线和24位地址总线。 两种工作模式：真实模式、保护模式。 第4代微处理器(32位机器

7、)，1985年，英特尔推出了80386微处理器(最高33MHz的工作频率)，整合了275，000个晶体管。 有32位数据线、32位地址线(可直接访问4gb的存储器)。 工作模式：真实模式、保护模式、虚拟86模式(可以同时模拟多个8086处理器以提高多任务处理能力)。 拥有比80286多的指令集。 第4代微处理器(32位机)，1989年4月，英特尔推出了80486微处理器。 集成了120万个晶体管，使用了1微米的制造工艺。 486实际上是80386 80387协处理器的8KB级高速缓存，超级版本386。 第5代微处理器(64位机)，1993年推出了英特尔奔腾(Pentium )，采用了0.6微米

8、的过程，集成了310万个晶体管。 64位数据线、32位地址线、16KB的cache采用了超过基准的电容的结构。 时钟频率从最初的60MHz、66MHz上升到133MHz，处理速度是486的68倍。 第五代微处理器(64位处理器)，1995年，英特尔推出了奔腾pro处理器，并集成了5.5M晶体管。 奔腾pro的工作频率为150/166/180和200MHz种，均配备了16KB的l1高速缓存和256KB的l2高速缓存。 奔腾pro采用了“PPGA”封装技术。 换句话说，256KB的l2高速缓存芯片和奔腾pro芯片封装在一起，使高速缓存更容易在更高的频率下运行。 第五代微处理器(64位处理器)，19

9、97年英特尔发布了奔腾MMX。 奔腾MMX在片中添加了16KB的数据缓存、16KB的命令缓存、4路写缓存，还添加了57个MMX多媒体命令(用于处理音频、视频等数据)。 与通常的CPU相比，处理多媒体的能力提高了60左右。 其工作频率有166MHz、200MHz、233MHz三种。 第五代微处理器(64位处理器)，1997年4月，英特尔推出了奔腾ii处理器。 内部集成了750万个晶体管，集成了MMX指令集技术。 奔腾ii体系结构从插座7更改为插槽1，首次引入了S.E.C封装技术，将高速缓存和处理器集成到PCB板上。 插槽1的奔腾ii晶体管数为900万。 工作频率最高为333MHz。 第五代微处理

10、器(64位处理器)，1999年1月，英特尔推出了奔腾iii处理器。 它采用0.25微米的制造技术，具有32K的l1高速缓存和512K的l2高速缓存，包含MMX指令和英特尔独特的“3D”指令SSE。 此外，身份证还可以在互联网上读取。 1999年10月，英特尔发布了采用0.18微米工艺制造的奔腾iii处理器，工作频率达到733MHz。 第5代微处理器(64位处理器)，2000年11月英特尔发布了奔腾4。 奔腾4采用0.18微米的铝线技术。 工作频率为1.7GHz和1.7GHz的奔腾4，英特尔抛弃了多年来的P6结构，采用了新的NetBurstCPU结构。 优点： 20级超级管线、高效的不顺序执行功

11、能、2倍速ALU、新的片上高速缓存、SSE2指令扩展集和400MHz的前端总线等。 英特尔立即开发了0.13微米工艺的奔腾4芯片。 它的工作频率飞跃，具有31级管线设计、16KB级数据高速缓存和高达1MB级2高速缓存。 2004年，英特尔推出了90nm处理器奔腾4 e处理器，集成了1亿个晶体管。 支持多线程技术、800MHz前端总线和1mbl2高速缓存。但是，过程的改进在不降低功耗的情况下增加了时钟速度。 芯片内的晶体管数量的增加，使氧化硅膜变薄，引起漏电流，增加了芯片的额外功耗。 2005年，英特尔迅速推出了65纳米处理器的PentiumExtremeEdition955双核处理器。 在制造

12、过程和体系结构变革中进行了很大的改进，还包括独立的双L2Cache设计。 漏电也能看到显着的改善。多核处理器，多核处理器，2007年，英特尔推出了45纳米多核处理器，包括双核和四核共计7个芯片。 双核版有4.1亿个晶体管，四核版有8.2亿个晶体管。 微体系结构得到增强后，在相同频率下比上一代Core产品具有更高的性能的同时，L2Cache的容量也提高了50%，数据读取执行的命中率显着提高。 此外，还添加了47个新的英特尔sse4指令，以提高多媒体性能，并实现高性能的计算应用程序。 总之，微处理器的发展史不过30多年，而近30多年来微处理器的发展历史却是一个颠复天地的变化。 从Intel 400

13、4开始，Intel站在Intel、AMD、Cyrix三个立场上，独立地与Intel、AMD对抗。 CPU以更高的速度、64位结构和多核方向前进。 CPU的制作技术更为精细，为90纳米、65纳米、45纳米、32纳米。 微型计算机的构成微型计算机系统的构成、显示器、键盘、机身、光驱、软盘、扬声器、鼠标、本节的首页、显示器、键盘、机身、鼠标、笔记本、光驱、本节的首页微机硬件系统2、微机软件系统、本节的首页、微机硬件系统、主机输入设备输出设备、返回、微机软件系统软件、系统软件应用软件， 返回机身： -计算机板-CPU (包括运算器和控制器) -内存：内存(RAM和ROM )和外部内存(硬盘、光盘等)

14、-输入输出接口、机身、返回、输入设备为：键盘、鼠标、输入设备输出设备包括：显示器、扬声器、打印机、绘图仪、投影仪等，返回、输入设备、扫描仪、数码相机、麦克风、平板电脑、返回、输出设备、打印机、扬声器、系统配置、返回、微机系统软件包括操作系统、设备驱动程序、数据库管理系统、通信处理程序等。 应用软件包括计算机辅助设计(CAD )、CAI、CAT、Word、Excel、系统仿真、人工智能、管理信息系统等。 本节的主页，微机由硬件系统和软件系统组成。 硬件指的是构成计算机的物理设备。的。 例如，显示器、主机等是构成计算机的实体。 软件是用于指挥计算机完成具体工作的程序和数据，是计算机整体的灵魂。 例

15、如：操作系统、办公自动化软件、各行业的信息管理系统等。 总结，本节的首页、微机的动作过程是执行程序的过程，程序由命令序列构成，因此，执行程序的过程是执行命令序列的过程，从存储器中依次取出命令，完成命令指定的操作。 因为执行所有指令都需要采取三个基本步骤、解码和执行，所以微机的工作过程，即指令、解码和执行过程，直到发生停机指令为止，机器不会结束运行。 微机的工作过程、微机系统的性能指标、1字长2内存容量3运算速度4扩展能力5软件配置状况、1字长、字长是指计算机内部一次能处理的二进制数的位数。 字长越长，计算机能表现的数据的精度越高，若完成相同精度的运算，则数据的处理速度越高。 但是，字长越长，机

16、器的通用寄存器、存储器、ALU的位数和数据总线的位数越增加，硬件成本越大，因此应该考虑精度、速度和成本并存的原则来决定微机的字长。PC/XT微机的字长为16位。386，486微机的字长为32位。586微机的字长为32位或64位。 2存储器容量、存储器容量是测量计算机存储的二进制信息量的大小的重要指标。 在微计算机中，通常以b (字节)、KB(kilobyte )、MB(megabyte )、GB(gigabyte )、TB(terabyte )、PB(petabyte )等字节为单位表示存储容量。 1kb 1024 b1MB 1024kb 1gb 1024 MB1TB 1024 GB1Pb 1024 TB，3运算速度，计算机的运算速度用能够每秒执行的命令数表示。 因为执行不同种类的指令所需的时间长度不同，所以有几种测量运算速度的方法。 (1)MIPS (百万指令/秒)法根据不同类型的指令出现的频度，乘以不同的系数求出统计平均值，得到平均运算速度，以MIPS为单位进行测定。 (2)最短命令法根据执行时间最短的命令(例如传输命令、加法命令)来计算速度。 (3)可以直接计算，向CPU的工作频率