微型計(jì)算機(jī)概述課件

第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.1計(jì)算機(jī)概述

1.1.1計(jì)算機(jī)硬件基本結(jié)構(gòu)

1.1.2計(jì)算機(jī)工作原理

1.1.3計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

1.1.4CISC和RISC1.2微型計(jì)算機(jī)概述

1.2.1微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.2.2微處理器的發(fā)展

1.2.3微型計(jì)算機(jī)的分類

1.2.4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1計(jì)算機(jī)概述

1946年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院研制的大型電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)(ENIAC，ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)，最初是專門用于火炮彈道計(jì)算，后經(jīng)多次改進(jìn)而成為能進(jìn)行各種科學(xué)計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)。新的重大突破是由數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計(jì)小組完成的。1945年3月他們發(fā)表了一個(gè)全新的存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)方案——電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)(EDVAC,ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)。

到目前為止，計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了四代，雖然在某些方面已有較大突破，但其基本結(jié)構(gòu)仍未有大的改變。四個(gè)發(fā)展階段主要以硬件為主要標(biāo)志，但也包括了軟件技術(shù)的發(fā)展。第1代計(jì)算機(jī)（1946～1958)電子管為基本電子器件；使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言；主要應(yīng)用于國(guó)防和科學(xué)計(jì)算；運(yùn)算速度每秒幾千次至幾萬(wàn)次。第2代計(jì)算機(jī)(1958～1964)晶體管為主要器件；軟件上出現(xiàn)了操作系統(tǒng)和算法語(yǔ)言；運(yùn)算速度每秒幾萬(wàn)次至幾十萬(wàn)次。第3代計(jì)算機(jī)(1964～1971)普遍采用集成電路，體積縮?。卉浖蠌V泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時(shí)、實(shí)時(shí)等操作系統(tǒng)；運(yùn)算速度每秒幾十萬(wàn)次至幾百萬(wàn)次。第4代計(jì)算機(jī)(1971～現(xiàn)在)以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要器件；軟件方法上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)得到了廣泛是使用；運(yùn)算速度每秒幾百萬(wàn)次至上億次。1.1.1計(jì)算機(jī)硬件基本結(jié)構(gòu)

目前，計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)基本上還是經(jīng)典的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五個(gè)基本部分組成。

1．運(yùn)算器（ALU，ArithmeticLogicalUnit）——運(yùn)算器的核心是算術(shù)邏輯單元，能完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件。

2．控制器（CU，ControlUnit）——能發(fā)出各種控制信息，使計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作的部件。

3．存儲(chǔ)器（M，Memory）——能記憶程序和數(shù)據(jù)的部件。

4．輸入設(shè)備（IN，Inputdevice）——能將程序和數(shù)據(jù)輸入的部件。

5．輸出設(shè)備（OUT，Outputdevice）——能將結(jié)果數(shù)據(jù)和其它信息輸出的部件。

從圖可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)五大部件之間有兩類信息在流動(dòng)：一類是數(shù)據(jù)信息，用雙線表示，包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、計(jì)算結(jié)果和程序指令；另一類是控制信息，用單線表示，它是由控制器發(fā)出，指揮和協(xié)調(diào)其它各部件動(dòng)作的信號(hào)。

不論是數(shù)據(jù)還是控制命令，計(jì)算機(jī)中都是用“0”和“1”表示二進(jìn)制信息。數(shù)據(jù)輸入到存儲(chǔ)器時(shí)，需經(jīng)過(guò)運(yùn)算器；數(shù)據(jù)輸出時(shí)也要由運(yùn)算器送到輸出設(shè)備。計(jì)算機(jī)工作時(shí)將存放在存儲(chǔ)器中的程序逐條取出到控制器，控制器執(zhí)行指令時(shí)發(fā)出控制信號(hào)到運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。1.1.2計(jì)算機(jī)工作原理1945年馮·諾依曼第一次提出了計(jì)算機(jī)組成和工作方式的基本思想：

1．計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備五部分組成。

2．?dāng)?shù)據(jù)和指令以二進(jìn)制代碼形式不加區(qū)別地存放在存儲(chǔ)器中，地址碼也為二進(jìn)制形式；計(jì)算機(jī)能自動(dòng)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)。

3．編寫好的程序事先存入存儲(chǔ)器?？刂破鞲鶕?jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列即程序來(lái)工作，由程序計(jì)數(shù)器（PC，ProgramCounter）控制指令的執(zhí)行順序?？刂破骶哂信袛嗄芰?，能根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇不同的動(dòng)作流程。

其中，指令是命令計(jì)算機(jī)完成某種基本操作的代碼。將各種算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算及存儲(chǔ)器的讀、寫等作為基本操作，為每一個(gè)基本操作規(guī)定一個(gè)代碼，這個(gè)代碼被稱為指令。當(dāng)需要計(jì)算機(jī)完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，就將其分解成一系列的基本操作并用指令來(lái)表示，預(yù)先存放到存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)工作時(shí)就逐條執(zhí)行指令，完成一系列的基本操作，從而完成整個(gè)任務(wù)。把能完成某項(xiàng)任務(wù)的指令序列稱為程序。

使用計(jì)算機(jī)時(shí)，首先要將程序存儲(chǔ)，即將指令序列存放到存儲(chǔ)器。然后在計(jì)算機(jī)工作時(shí)，控制器從存儲(chǔ)器逐條取出指令、分析指令并執(zhí)行指令。執(zhí)行指令時(shí)，控制器依次發(fā)出各種控制命令信號(hào)給其它部件，使運(yùn)算器完成某種算術(shù)、邏輯運(yùn)算或作寄存器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送，輸入和輸出等。計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行指令的過(guò)程。程序中的指令一般按序存放在存儲(chǔ)器的連續(xù)區(qū)域中。計(jì)算機(jī)開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，PC中存放著第一條指令所在存儲(chǔ)單元的地址，然后每取出一條指令（確切地說(shuō)是每取出一個(gè)指令字節(jié)），PC中的內(nèi)容自動(dòng)加1，指向下一條指令地址，從而保證了自動(dòng)地按順序取指令和執(zhí)行指令。1.1.3計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

1.字長(zhǎng)在計(jì)算機(jī)中，所有信息都是用二進(jìn)制數(shù)碼（0，1）表示的。其最小單位是位（bit），即一個(gè)二進(jìn)制數(shù)位。CPU在處理和傳送信息時(shí)，往往是把一組二進(jìn)制數(shù)碼看作是一個(gè)整體來(lái)并行操作，這并行處理的一組二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字（Word），字所含有的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長(zhǎng)。字長(zhǎng)是CPU交換、加工和存放信息時(shí)其信息位的最基本長(zhǎng)度，它通常與寄存器、運(yùn)算器、傳輸線的寬度相一致。因此，字長(zhǎng)實(shí)際上表示的是CPU并行處理的最大位數(shù)。字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)的重要性能指標(biāo)，也是計(jì)算機(jī)分類的依據(jù)之一。

計(jì)算機(jī)中普遍以字節(jié)（Byte）為單位，一個(gè)字節(jié)由8位二進(jìn)制數(shù)組成，通常用D7D6……D0來(lái)表示從最高位（MSB）到最低位（LSB）的各數(shù)位。因此，計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的位數(shù)，也可以用“字節(jié)”單位取代。比如字長(zhǎng)8位，可說(shuō)成一個(gè)字節(jié)字長(zhǎng)或字長(zhǎng)1字節(jié)；字長(zhǎng)16位，可說(shuō)成字長(zhǎng)2字節(jié)，用D15D14……D0表示其各數(shù)位。

2.存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器（通常指內(nèi)存儲(chǔ)器）是計(jì)算機(jī)存放二進(jìn)制信息的“倉(cāng)庫(kù)”，由若干存儲(chǔ)單元組成。存儲(chǔ)單元的編號(hào)稱為存儲(chǔ)單元地址（是二進(jìn)制的數(shù)字碼）。

存儲(chǔ)單元的數(shù)目由傳送地址信息的傳輸線的條數(shù)決定。若有16條地址線，所能編出的地址碼有216=65536種，由此可區(qū)分65536個(gè)單元。計(jì)算機(jī)中把210=1024規(guī)定為1K，因此65536個(gè)單元可以稱為64K個(gè)單元。若有20條地址線，220=1048576=1024K，1024K規(guī)定為1兆（1M），即20條地址線有220＝1M個(gè)單元地址碼。若有30條地址線，則有230=1KM=1G個(gè)單元地址碼。存儲(chǔ)單元一般是以字節(jié)(8bit)為單位的，信息的讀出和寫入以字節(jié)為單位。所以存儲(chǔ)容量可以看作是存儲(chǔ)器能夠存放信息的最大字節(jié)數(shù)。

3.指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，就確定了它能完成的各種基本操作。一臺(tái)計(jì)算機(jī)所固有的基本操作指令的集合，稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)一般含有幾十到幾百條指令。計(jì)算機(jī)能完成的基本操作種類越多，即指令系統(tǒng)的指令數(shù)越多，說(shuō)明其功能越強(qiáng)。此外，一條指令本身功能的強(qiáng)弱，也能說(shuō)明該問(wèn)題。

4.運(yùn)算速度計(jì)算機(jī)完成一個(gè)具體任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間就是完成該任務(wù)的時(shí)間指標(biāo)，時(shí)間越短，表明計(jì)算機(jī)的速度越高。但是計(jì)算機(jī)各種指令執(zhí)行時(shí)間是不一樣的。以每秒執(zhí)行基本指令的條數(shù)來(lái)大致地反映計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。單位為百萬(wàn)條指令/秒（MIPS）。現(xiàn)在，人們用計(jì)算機(jī)的主頻——時(shí)鐘頻率來(lái)表示運(yùn)算速度，以兆赫茲（MHz）或吉赫茲（GHz）為單位。主頻越高，表明運(yùn)算速度越快。

5.系統(tǒng)配置一臺(tái)計(jì)算機(jī)要能正常工作，必須提供必要的人機(jī)聯(lián)系手段，這包括配置相應(yīng)數(shù)量的外部設(shè)備（如鍵盤、顯示器、磁盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)、繪圖儀等）和配置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作的軟件。當(dāng)然，外設(shè)配置越高檔，軟件配置越豐富，計(jì)算機(jī)的使用越便利，工作效率也就越高。特別是軟件配置，在很大程度上決定了計(jì)算機(jī)能力的發(fā)揮。1.1.4CISC和RISC

為了提高計(jì)算機(jī)性能，人們使CPU有更大的指令系統(tǒng)、更多的專用寄存器、更多的尋址方式和更強(qiáng)的指令計(jì)算功能等，即CPU的結(jié)構(gòu)沿著不斷復(fù)雜化的方向發(fā)展。后來(lái)，將它們稱為復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC，ComplexInstructionSetComputer）。

CISC技術(shù)通過(guò)增強(qiáng)指令功能提高計(jì)算機(jī)的性能，指令碼不等長(zhǎng)，指令數(shù)量多。CISC技術(shù)的復(fù)雜性在于硬件，在于CPU芯片中控制器部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。自PC機(jī)誕生以來(lái)，主流產(chǎn)品一直使用Intel公司的CPU或其它公司生產(chǎn)的兼容產(chǎn)品，而Intel公司的CPU沿用了CISC技術(shù)。

當(dāng)CISC發(fā)展到一定程度后，人們發(fā)現(xiàn)一些復(fù)雜指令很少使用，但為了把它們加入到指令集中卻使控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，并占用了相當(dāng)大的CPU芯片面積。指令的執(zhí)行周期也較長(zhǎng)。因此，從處理器的執(zhí)行效率和開(kāi)發(fā)成本兩個(gè)方面考慮，有必要對(duì)復(fù)雜指令集結(jié)構(gòu)的處理器進(jìn)行反思。1980年P(guān)atterson和Ditzel首先提出了精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC，ReducedInstructionSetComputer）的概念，另覓提高計(jì)算機(jī)性能的途徑。RISC具有簡(jiǎn)單的指令集，指令少、指令碼等長(zhǎng)，尋址方式少、指令功能簡(jiǎn)單；強(qiáng)調(diào)寄存器的使用，CPU配備大量的通用寄存器（常稱為寄存器文件registerfile），以編譯技術(shù)優(yōu)化寄存器的使用；強(qiáng)調(diào)對(duì)指令流水線的優(yōu)化，采用超標(biāo)量、超級(jí)流水線。通過(guò)簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)使控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，進(jìn)而提高指令執(zhí)行速度。RISC技術(shù)的復(fù)雜性在于軟件，在于編譯程序的編寫與優(yōu)化。目前，RISC處理器產(chǎn)品主要用在工程工作站、嵌入式控制器和超級(jí)小型計(jì)算機(jī)上。1.2微型計(jì)算機(jī)概述1.2.1微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

微處理器（Microprocessor）也被稱為微處理機(jī)，它是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，但并不是微型計(jì)算機(jī)。微處理器包括算術(shù)邏輯部件ALU、控制部件CU和寄存器組R三個(gè)基本部分和內(nèi)部總線。相當(dāng)于圖1.1中一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的運(yùn)算器和控制器的組合，一般又稱為中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）。按照其處理信息的字長(zhǎng)，CPU可以分為：四位微處理器、八位微處理器、十六位微處理器、三十二位微處理器以及六十四位微處理器。

微型計(jì)算機(jī)（MicroComputer）簡(jiǎn)稱為微機(jī)，它是以微處理器為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲(chǔ)器M（ROM和RAM）、I/O（輸入／輸出）接口和系統(tǒng)總線組成的。鑒于微處理器在微型計(jì)算機(jī)中的重要性，其性能很大程度上決定了微型計(jì)算機(jī)的性能。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MicroComputerSystem）是以微型計(jì)算機(jī)為核心，再配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源、輔助電路和控制微型計(jì)算機(jī)工作的軟件而構(gòu)成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是用來(lái)支持應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)與運(yùn)行的，它包括操作系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用程序和各種語(yǔ)言處理程序等。應(yīng)用軟件是用來(lái)為用戶解決具體應(yīng)用問(wèn)題的程序及有關(guān)的文檔和資料。1.2.2微處理器的發(fā)展

美國(guó)Intel公司是目前世界上最具影響的微處理器生產(chǎn)廠家，也是世界上第一個(gè)微處理器芯片的生產(chǎn)廠家，其生產(chǎn)的80x86系列微處理器一直是個(gè)人微機(jī)的主流微處理器，該系列微處理器的發(fā)展是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)縮影。回顧Intel公司微處理器的發(fā)展歷程，可了解微處理器的發(fā)展歷史。1971年，Intel公司生產(chǎn)的4位微處理器芯片4004宣告了微型計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。這款4位微處理器雖然只有45條指令，每秒也只能執(zhí)行5萬(wàn)條指令，運(yùn)行速度只有108KHz，甚至比不上1946年世界第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC。但它的集成度卻要高很多，集成晶體管2300只，一片4004的重量還不到一盎司。1972年，Intel公司推出8008微處理器芯片。8008微處理器頻率為200KHz，晶體管的總數(shù)達(dá)到3500個(gè)，能處理8位的數(shù)據(jù)。更為重要的是，Intel公司還首次獲得了由Datapoint公司開(kāi)發(fā)的處理器的指令技術(shù)。這套指令集奠定了今天Intel公司x86系列微處理器指令集的基礎(chǔ)。在微處理器發(fā)展初期，具有革新意義的芯片是Intel公司于1974年推出的8080微處理器。由于采用了復(fù)雜的指令集以及40管腳封裝，8080的處理能力大為提高，其功能是8008的10倍，每秒能執(zhí)行29萬(wàn)條指令，集成晶體管數(shù)目6000個(gè)，運(yùn)行速度2MHz。1978年，Intel公司推出了首枚16位微處理器8086，同時(shí)生產(chǎn)出與之配合的數(shù)學(xué)協(xié)處理器8087，這兩種芯片使用相同的指令集，以后Intel公司生產(chǎn)的微處理器，均對(duì)其兼容。為了方便與當(dāng)時(shí)的8位外部設(shè)備連接，1979年Intel公司推出了準(zhǔn)16位微處理器8088。兩款微處理器都擁有29000只晶體管，速度可分為5MHz、8MHz、10MHz。8086內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和外部數(shù)據(jù)總線均為16位；8088內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位。兩款CPU的地址總線均為20位，可尋址1MB內(nèi)存。1982年，Intel公司推出仍為16位結(jié)構(gòu)的80286微處理器，但地址總線擴(kuò)展為24位，即主存儲(chǔ)器具有16MB容量。80286設(shè)計(jì)了與8086工作方式一樣的實(shí)方式（RealMode），還新增了保護(hù)方式（ProtectedMode）。在實(shí)方式下，80286相當(dāng)于一個(gè)快速的8086。在保護(hù)方式下，80286提供了存儲(chǔ)管理、保護(hù)機(jī)制和多任務(wù)管理的硬件支持。這些傳統(tǒng)上由操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能在微處理器的支持下，使微機(jī)系統(tǒng)的性能得到極大提高。80286微處理器集成了14.3萬(wàn)只晶體管，具有6MHz、8MHz、10MHz、12.5MHz四種主頻的產(chǎn)品。1985年，Intel公司推出第一款32位微處理器80386，數(shù)據(jù)總線32位，地址總線32位，可尋址4GB主存，時(shí)鐘頻率有16MHz、25MHz、32MHz。80386微處理器集成27.5萬(wàn)只晶體管，每秒可以處理500萬(wàn)條指令。同時(shí)也是第一款具有“多任務(wù)”功能的處理器，所謂“多任務(wù)”就是說(shuō)它可以同時(shí)處理多個(gè)程序的指令，這對(duì)微軟的操作系統(tǒng)發(fā)展有著重要的影響。1989年，Intel公司推出最后一款以數(shù)字為編號(hào)的微處理器80486。80486微處理器集成了125萬(wàn)個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率由25MHz逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后來(lái)的100MHz。

386和486推向市場(chǎng)后，均大獲成功，Intel公司在芯片領(lǐng)域的霸主地位日益凸現(xiàn)。此后，Intel公司開(kāi)始告別微處理器數(shù)字編號(hào)時(shí)代，進(jìn)入Pentium時(shí)代。

1993年，Intel公司發(fā)布了Pentium（俗稱586）微處理器。本來(lái)按照慣常的命名規(guī)律是80586，但因數(shù)字很難進(jìn)行商標(biāo)版權(quán)保護(hù)，因此Intel公司決定使用自創(chuàng)的品牌“Pentium”作為新產(chǎn)品的商標(biāo)。同時(shí)，Intel公司為其取了一個(gè)響亮的中文名稱“奔騰”，并進(jìn)行了商標(biāo)注冊(cè)。Pentium是x86系列一大革新。其中晶體管數(shù)大幅提高、增強(qiáng)了浮點(diǎn)運(yùn)算功能、并把十年未變的工作電壓降至3.3V。Intel奔騰處理器采用了0.60μm工藝技術(shù)制造，核心由320萬(wàn)個(gè)晶體管組成。支持計(jì)算機(jī)更輕松的集成“現(xiàn)實(shí)世界”數(shù)據(jù)，如語(yǔ)音、手寫體和圖片等。“奔騰”二字頻繁出現(xiàn)在漫畫(huà)和電視談話節(jié)目中，使其在推出之后很快成為一個(gè)家喻戶曉的詞語(yǔ)。奔騰是一個(gè)劃時(shí)代的產(chǎn)品，并且影響了PC領(lǐng)域十年之久，目前該“名字”依然在沿用。1995～1996年，Intel公司相繼發(fā)布了Pentium120MHz、Pentium133MHz、Pentium150MHz、Pentium166MHz、Pentium180MHz、Pentium200MHz等處理器，這些處理器采用了0.60μm、0.35μm兩種工藝技術(shù)，核心提升到由550萬(wàn)個(gè)晶體管組成。此時(shí)CPU除了含8KB代碼和8KB數(shù)據(jù)L1Cache（一級(jí)高速緩存）外，還封裝了256KB或512KB的L2Cache（二級(jí)高速緩存）。

1997年，Intel公司推出PentiumMMX（Multi-MediaeXtension）芯片，它在x86指令集的基礎(chǔ)上新增了57條多媒體指令。這些指令專門用來(lái)處理視頻、音頻和圖像數(shù)據(jù)，使CPU在多媒體操作上具有更強(qiáng)大的處理能力，PentiumMMX還使用了許多新技術(shù)。單指令多數(shù)據(jù)流SIMD技術(shù)能夠用一個(gè)指令并行處理多個(gè)數(shù)據(jù)，縮短了CPU在處理視頻、音頻、圖形和動(dòng)畫(huà)時(shí)用于運(yùn)算的時(shí)間；流水線從5級(jí)增加到6級(jí)，一級(jí)高速緩存擴(kuò)充為16KB，一個(gè)用于數(shù)據(jù)高速緩存，另一個(gè)用于指令高速緩存，因而速度大大加快；PentiumMMX還吸收了其它CPU的優(yōu)秀處理技術(shù)，如分支預(yù)測(cè)技術(shù)和返回堆棧技術(shù)。

同年，Intel公司又發(fā)布PentiumII233MHz、PentiumII266MHz、PentiumII300MHz三款PII處理器，采用了0.35μm工藝技術(shù)，核心提升到750萬(wàn)個(gè)晶體管組成。

1999年，Intel公司發(fā)布PentiumIII450MHz、PentiumIII500MHz處理器，同時(shí)采用了0.25μm工藝技術(shù)，核心由950萬(wàn)個(gè)晶體管組成，

2000年，Intel公司推出Pentium4處理器。從Pentium4開(kāi)始，Intel公司不再每一兩年就推出全新命名的CPU，Pentium4這個(gè)名字連續(xù)使用了5年。為了滿足不斷發(fā)展的應(yīng)用和市場(chǎng)需求，Intel公司從PentiumII開(kāi)始將同一代處理器產(chǎn)品進(jìn)一步細(xì)化。面向低端（低價(jià)位PC），Intel公司推出Celeron（賽揚(yáng)）處理器；面向高端（服務(wù)器），Intel公司推出Xeon（至強(qiáng)）處理器。Celeron處理器采用減少Cache容量、改用低成本封裝或降低時(shí)鐘頻率等方法來(lái)降低芯片成本。Xeon處理器主要用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或圖形工作站，通過(guò)增加Cache容量、提高工作頻率、支持多處理器、率先采用革新技術(shù)等方法提高性能，但價(jià)格也相應(yīng)較高。另外，針對(duì)便攜式PC要求功耗低、發(fā)熱量小等特點(diǎn)，Intel公司推出了PentiumM（Mobile）系列處理器；還有Centrino（迅馳）系列處理器產(chǎn)品，可以支持無(wú)線通信。2005年4月，Intel公司推出第一款雙核處理器平臺(tái)，此款產(chǎn)品的問(wèn)世標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代的到來(lái)。雙核和多核處理器設(shè)計(jì)用于在一枚處理器中集成兩個(gè)或多個(gè)完整執(zhí)行內(nèi)核，以支持同時(shí)管理多項(xiàng)活動(dòng)。超線程技術(shù)能夠使一個(gè)執(zhí)行內(nèi)核發(fā)揮兩枚邏輯處理器的作用，與該技術(shù)結(jié)合使用時(shí)，Intel奔騰處理器至尊版840能夠充分利用以前可能被閑置的資源，同時(shí)處理四個(gè)軟件線程。

2005年5月，帶有兩個(gè)處理內(nèi)核的Intel奔騰D處理器隨Intel945高速芯片組家族一同推出，帶來(lái)了某些消費(fèi)電子產(chǎn)品的新特性，例如：環(huán)繞立體聲音頻、高清晰度視頻和增強(qiáng)圖形功能等。2006年1月，Intel公司發(fā)布了PentiumD9xx系列處理器。

2006年7月，Intel公司面向家用和商用個(gè)人電腦與筆記本電腦，發(fā)布了十款全新英特爾酷睿2雙核處理器和英特爾酷睿至尊處理器。英特爾酷睿2雙核處理器包含2.91億個(gè)晶體管，其能效比最出色的Intel奔騰處理器高出40%。目前，人們已將目光放在了“雙核”、“多核”上，“雙核”已成為市場(chǎng)的主流，曾經(jīng)風(fēng)光無(wú)限的“奔騰”系列產(chǎn)品也將逐漸退出歷史的舞臺(tái)。世界正在走入一個(gè)“雙核”、“多核”的時(shí)代。

2008年11月，Intel公司發(fā)布三款基于Nehalem架構(gòu)的Corei7處理器：Corei7-965，Corei7-940，Corei7-920。這是迄今為止最先進(jìn)、性能最強(qiáng)勁，同時(shí)也是結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的處理器。三款i7處理器均采用8MB三級(jí)高速緩存，支持目前最先進(jìn)的、可提供最佳內(nèi)存性能的三通道DDR3-1066內(nèi)存技術(shù)。1.2.3微型計(jì)算機(jī)的分類1.按微處理器的字長(zhǎng)分類按微處理器的字長(zhǎng)可分為8位、16位、32位和64位微型計(jì)算機(jī)。2．按用途分類

⑴通用微型計(jì)算機(jī)通用微型計(jì)算機(jī)是能夠面向各種不同應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的處理能力和較大的體積，擁有較多的外設(shè)和各種接口。主要包括個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）和工作站（workstation）。

個(gè)人計(jì)算機(jī)：是一種通用微型機(jī)，體積小，價(jià)格較廉，并主要為每次一人使用，用戶界面“友好”。又可分為：臺(tái)式、便攜式、手持式。主流產(chǎn)品采用Intel公司的微處理器或兼容的微處理器，使用Windows或Linux操作系統(tǒng)。

工作站：工作站是指具有完整人機(jī)交互界面，集高性能的計(jì)算和圖形于一身，可配置大容量的內(nèi)存和硬盤，I／O和網(wǎng)絡(luò)功能完善，使用多任務(wù)、多用戶操作系統(tǒng)的小型通用個(gè)人化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前工作站普遍采用RISC處理器芯片，32位結(jié)構(gòu)或64位結(jié)構(gòu)，工作站采用的主要是UNIX操作系統(tǒng)。工作站在工程領(lǐng)域、商業(yè)領(lǐng)域及辦公領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。⑵嵌入式計(jì)算機(jī)另一類微型計(jì)算機(jī)被安裝在特定的應(yīng)用系統(tǒng)中，使用者甚至感覺(jué)不到其存在。一般地，我們把帶有微處理器的專用微機(jī)系統(tǒng)稱為嵌入式計(jì)算機(jī)（Embeddedcomputer）或嵌入式系統(tǒng)。它是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)具有高集成度、低功耗的特點(diǎn)，其操作系統(tǒng)和功能軟件一般都固化在芯片中。軟件硬件都以高效率為原則，以實(shí)現(xiàn)在最小的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，以保證其競(jìng)爭(zhēng)力。

作為系統(tǒng)核心的微處理器有三類：微控制器（MCU，MicroControlUnit）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP,DigitalSignalProcessing）和嵌入式微處理器（EMPU,EmbeddedMicroprocessorUnit）。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、工業(yè)控制、測(cè)控系統(tǒng)、通訊設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、生產(chǎn)控制設(shè)備、武器裝備等，特別是移動(dòng)電話、MP3播放器、PDA等新型個(gè)人消費(fèi)類產(chǎn)品中的應(yīng)用有著十分巨大的市場(chǎng)。3．按微型計(jì)算機(jī)的組成和規(guī)模分類

⑴多板機(jī)：微型計(jì)算機(jī)的各組成部分安裝在多個(gè)印刷電路板上的微型計(jì)算機(jī)。如臺(tái)式PC機(jī)、便攜式PC機(jī)等。

⑵單板機(jī)：微型計(jì)算機(jī)的各組成部分安裝在一個(gè)印刷電路板上的微型計(jì)算機(jī)。一般用于教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等。

⑶單片機(jī)：微型計(jì)算機(jī)的各組成部分集成在一個(gè)超大規(guī)模集成電路芯片上，則稱之為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。因單片機(jī)廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，又被稱為微控器或嵌入式計(jì)算機(jī)。1.2.4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)1．16位微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

16位微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)采用的是總線結(jié)構(gòu)，如圖所示。微處理器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口電路構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的主機(jī)；輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，簡(jiǎn)稱外設(shè)。以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上系統(tǒng)軟件和外設(shè)之后，就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

總線是傳輸信號(hào)的一組導(dǎo)線，作為微機(jī)各部件之間信息傳輸?shù)墓餐ǖ?。一個(gè)部件只要符合總線標(biāo)準(zhǔn)，就可以連接到使用這種總線標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中。這樣的結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)中各功能部件之間的相互關(guān)系變成了各個(gè)部件面向總線的單一關(guān)系，不僅簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)，而且使系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)充變得非常方便?？偩€結(jié)構(gòu)這種模塊化（或稱為積木化）特點(diǎn)使得微機(jī)系統(tǒng)部件的組成相當(dāng)靈活，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也相當(dāng)簡(jiǎn)捷。微處理器通過(guò)系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)和其它組成部分的聯(lián)系?？偩€把微處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路（外部設(shè)備與微型計(jì)算機(jī)相連的協(xié)調(diào)電路）有機(jī)地連接起來(lái)，所有的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)都經(jīng)過(guò)總線傳輸。16位PC微機(jī)中系統(tǒng)總線則稱ISA（IndustryStandardArchitecture）總線。

微機(jī)的系統(tǒng)總線按功能分成三組，即數(shù)據(jù)總線（DB，DataBus）、地址總線（AB，AddressBus）和控制總線（CB，ControlBus）。數(shù)據(jù)總線DB是傳輸數(shù)據(jù)或代碼的一組通信線，其寬度（總線的根數(shù)）一般與微處理器的字長(zhǎng)相等。例如，16位微處理器的DB有16根，分別以D15～D0表示，D0為最低數(shù)據(jù)線。DB上的數(shù)據(jù)信息在微處理器與存儲(chǔ)器或I/O接口之間的傳送可以是雙向的，即DB上既可以傳送讀信息，也可以傳送寫信息。微型計(jì)算機(jī)講到的“讀”或“寫”都是以微處理器為主導(dǎo)地位而言的。地址總線AB是傳輸?shù)刂沸畔⒌囊唤M通信線，是微處理器訪問(wèn)外界用于尋址的總線。AB總線是單向