微機原理第5版周荷琴

微機原理第5版周荷琴第1頁/共52頁1.4.1計算機的發(fā)展

1.4.2微型計算機的發(fā)展

§1.4微型計算機的發(fā)展概況第2頁/共52頁1.4.1計算機的發(fā)展1946年研制成功的第一臺電子計算機ENIAC是進(jìn)入電子計算機時代的標(biāo)志。計算機科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，從體積、規(guī)模和功能上講，出現(xiàn)了巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機、服務(wù)器和工作站。最早，電子計算機主要用于數(shù)值計算，即各種信息的處理。還在自動控制、人工智能和計算機輔助系統(tǒng)，包括計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工程（CAE）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）和計算機輔助教學(xué)（CAI）等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。20世紀(jì)70年代微型計算機的誕生，計算機走進(jìn)了各個領(lǐng)域，甚至千家萬戶。第3頁/共52頁第一代：電子管計算機

（1946年1957年）用真空電子管構(gòu)成運控器，用延遲線或磁芯為內(nèi)存，以紙帶、卡片或磁帶為外存。軟件只有機器語言或匯編語言。主要用于科學(xué)計算。機器體積龐大、耗電多、價格昂貴，ENIAC是其代表機型。第4頁/共52頁第二代：晶體管計算機

（1958年1964年）采用晶體管做基本器件，仍以磁芯為內(nèi)存，以磁帶或磁盤為外存，運算速度約幾十萬次/秒。開始配用高級算法語言，如BASIC、FORTRAN和COBOL。主要用于事務(wù)管理和工業(yè)控制，代表機型是IBM7000系列計算機。與第一代相比，有體積小、速度快、能耗少、價格低等顯著優(yōu)點，擴大了計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。第5頁/共52頁1954年，美國貝爾實驗室研制成功第一臺使用晶體管線路的計算機TRADIC(催迪克)，裝有800個晶體管。第6頁/共52頁第三代：集成電路計算機

（1964年1972年）以中、小規(guī)模集成電路為基本器件，開始采用半導(dǎo)體存儲器做內(nèi)存，以磁帶或磁盤為外存，運算速度達(dá)到幾十萬～幾百萬次/秒。除了能運行多種高級算法語言外，還配置了操作系統(tǒng)，除用于數(shù)值計算外，也開始在管理和控制領(lǐng)域發(fā)揮作用。代表機型是IBMSystem/360，其優(yōu)點是體積更小、速度更快、能耗更小、壽命更長。

從這個階段開始，計算機的設(shè)計和制造領(lǐng)域出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化的格局。第7頁/共52頁1964年，美國IBM公司研制成功第一個采用集成電路的通用電子計算機系列IBM360系統(tǒng)。機內(nèi)的集成電路板IBM360計算機IC芯片與插座第8頁/共52頁第四代：LSI和VLSI計算機

（1972年至今）從20世紀(jì)70年代初，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（VeryLargeScaleIntegration，VLSI）開始被應(yīng)用到計算機設(shè)計中，并因此誕生了微處理器，高密度的半導(dǎo)體存儲器、大容量磁盤和光盤被廣泛采用。運算速度從幾百萬次/秒發(fā)展到了幾百萬億次/秒，科學(xué)家已經(jīng)開始用單位pflops（即每秒千萬億（1015）次浮點運算）作為當(dāng)代計算機的速度單位。計算機正在各領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，同時促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的空前發(fā)展，計算機真正開始改變我們的生活。第9頁/共52頁今天的計算機主要用于游戲和上網(wǎng)的平板電腦或掌上型電腦(Pad)超薄超輕的超級本電腦(Ultrabook)，13mm厚，采用22nm低功耗CPU，電池續(xù)航12小時。第10頁/共52頁今天的計算機采用觸摸屏和Win8操作系統(tǒng)的一體機

采用主頻3.4GHz,雙核4線程CPU設(shè)計的臺式計算機第11頁/共52頁今天的計算機運算速度1206萬億次的國產(chǎn)天河1號巨型計算機第12頁/共52頁當(dāng)前，計算機的發(fā)展仍處在VLSI時代，其發(fā)展趨勢可用“巨-微-網(wǎng)-智”這四個字來概括，即：功能巨型化：研制千萬億次巨型機，用于天氣預(yù)報、天文現(xiàn)象探索、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探、衛(wèi)星圖像處理、IC設(shè)計和軍事等需要大量科學(xué)計算的領(lǐng)域。體積微型化：便攜式和掌上電腦涌現(xiàn)，其體積縮小，價格便宜，智能手機、新型電器也都體現(xiàn)了體積微型化。資源網(wǎng)絡(luò)化：引入了云計算，大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，開展科技合作。處理智能化：計算智能引入計算機，并研制出有聽、說、讀、寫和思維推理能力的計算機，這是21世紀(jì)的主攻目標(biāo)。目前離“智能”距離很大，需要付出很大努力才能邁入智能計算機時代。計算機的發(fā)展趨勢第13頁/共52頁§1.4微型計算機的發(fā)展概況1.4.1計算機的發(fā)展

1.4.2微型計算機的發(fā)展

第14頁/共52頁1.4.2微型計算機的發(fā)展1.微型計算機的誕生1971年11月15日，Intel公司開發(fā)成第一個微處理器4004，集成2300晶體管，字長4位，含45條指令，每秒執(zhí)行5萬條指令。被用于Busicom計算器設(shè)計。在1972、74、76年，Intel又推出了8位微處理器8008、8080和8085，其它產(chǎn)品有Z80(Zilog)、MC6800(Motorola)、MOS6502(MOS科技)、CDP1802(RCA)。8080是40腳芯片，含6000晶體管，16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，2MHz頻率，每秒執(zhí)行29萬條指令。1974年，用8080設(shè)計的計算機Altair8800問世。第15頁/共52頁早期的微處理器Intel4004Intel8008MOS6502MotorolaMC6800Intel8080Intel8085ZilogZ80第16頁/共52頁1977年，采用6502的第一臺個人機AppleⅡ問世，由蘋果（Apple）公司形成8位微型機產(chǎn)品。蘋果機(AppleII)安裝在手工制作的木頭機箱里的AppleII原型機第17頁/共52頁2.視窗操作系統(tǒng)早期8位機配的CP/M操作系統(tǒng)，16位PC機用MS-DOS或PC-DOS操作系統(tǒng)。Apple產(chǎn)品最早使用視窗操作系統(tǒng)，在90年代初的蘋果電腦Machintoch上配置了黑白視窗操作系統(tǒng)，很受歡迎。因機器太貴，它未能得到發(fā)展。1983年，微軟向蘋果購買了Apple視窗操作系統(tǒng)。1985年，Windows1.0問世，為16位PC機提供初步圖形用戶界面。1990年推出Win3.0，1992年推出Win3.1，1995年發(fā)布的Win95，把微軟推向計算機軟件業(yè)的巔峰。接著，又推出了Win98，Win2000，WinMe（2000年），WinXP（2001年），Win2003，WinVista（2007年），Win（2009年）等臺式機視窗操作系統(tǒng)。最新的Win8也已發(fā)布。第18頁/共52頁難忘的Windows1990年Windows3.01992年Windows3.11985年Windows1.0Windows1.0的工作界面第19頁/共52頁難忘的Windows1995年Win951998年Win981999年Win20002001年WinXP第20頁/共52頁難忘的Windows2006年Windows7Win7的一個桌面2012年Windows8Win8的激活界面第21頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史微型機問世40多年來，以Intel、AMD等為代表的一大批芯片制造商，為微型機提供了數(shù)十個品種幾百個型號的CPU。數(shù)據(jù)寬度從4位、8位、16位發(fā)展到了32位和64位，一個芯片內(nèi)包含的CPU核心，從單一的核心發(fā)展到雙核乃至4個、6個和8個等多個核心。當(dāng)前，微型機的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了智能多核時代。下面，從PC機誕生開始，以PC機所用的CPU的發(fā)展為主線條，概述微型計算機的發(fā)展歷程。第22頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史1）第一代微型機1978年6月，Intel發(fā)布了16位CPU8086，頻率為5、8和10MHz，含2.9萬晶體管。1年后又推出準(zhǔn)16位的8088CPU。Intel8086Intel8088第23頁/共52頁1981年8月12日，IBM公司發(fā)布了用8088設(shè)計的IBM5150微型機，主頻4.77MHz，64KB內(nèi)存，5個插槽可供增加內(nèi)存或擴展外設(shè)。它配置了CRT顯示器、鍵盤和兩個360KB的5.25”軟盤驅(qū)動器，采用微軟的DOS1.0操作系統(tǒng)。IBM把它稱為PersonalComputer（PC，個人計算機）。不久，“PC”便成了個人計算機的代名詞。IBMPC微型機第24頁/共52頁1983年5月，IBM又推出了仍采用8088的改進(jìn)型IBM5160機，即PC/XT，意為采用了擴展技術(shù)的個人機。除5”軟驅(qū)外，還首次配置了一個10MB硬盤；128KB內(nèi)存，可擴到640KB；支持8色顯示器或MDA單色顯示器，分辨率720*350；DOS2.0操作系統(tǒng)，首次用目錄和目錄樹來管理磁盤文件。機器的外形上與IBMPC機無明顯區(qū)別，價格低廉，廣受歡迎，因此出現(xiàn)了許多PC兼容機。PC/XT計算機的內(nèi)部第25頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史2）第二代微型機1982年，16位的Intel80286發(fā)布，頻率20MHz，增加了保護(hù)模式，有24根地址線，可訪問16MB內(nèi)存，支持1GB以上的虛擬內(nèi)存，每秒執(zhí)行270萬條指令，集成了13.4萬個晶體管。第26頁/共52頁1984年8月，IBM發(fā)布了用80286設(shè)計的第二代微型機IBM5170，即PC/AT，第二年大量進(jìn)入市場，AT意為Advan-cedTechnology，即采用了先進(jìn)技術(shù)的PC機。它引入了16位ISA總線，數(shù)據(jù)處理和存儲管理能力大大提高。長期以來，PC/AT都是計算機工業(yè)界的實際標(biāo)準(zhǔn)。第27頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史3）第三代微型機1985年Intel推出32位CPU80386DX。含27.5萬晶體管，頻率33MHz，32根地址線可尋址4GB內(nèi)存，首次使用外置高速緩存(Cache)，速度600萬指令/秒。它還支持“虛擬86”工作模式，可以模擬多個8086來提供多任務(wù)能力。接著，又推出了與286兼容的386SX、低功耗的386DL以及80387協(xié)處理器等芯片。1986年9月Compaq公司開發(fā)出世界上第一臺386計算機，配置20MB硬盤，1.2MB軟驅(qū)。同時，微軟發(fā)布了Windows操作系統(tǒng)，CD-ROM技術(shù)也問世了。用386設(shè)計的32位PC機運算能力強大，應(yīng)用擴展到了商業(yè)辦公、工程設(shè)計、數(shù)值計算、數(shù)據(jù)中心和個人娛樂等領(lǐng)域。第28頁/共52頁80387FPU80386DX80386SL光驅(qū)和光盤第29頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史4）第四代微型機1989年，32位的80486DX發(fā)布。它含120萬晶體管，頻率高達(dá)100MHz，內(nèi)含80387和8KB的Cache，首次采用RISC（精簡指令集計算）技術(shù)，可在1個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行1條指令。它還采用了突發(fā)總線方式，大大提高了CPU與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度。同年，萬維網(wǎng)（WorldWideWeb，WWW）在歐洲誕生，聲霸卡（SoundBlasterCard）發(fā)布。第二年，Win3.0推出，第一代多媒體個人電腦（MPC）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布?；贗SA總線、具有多媒體功能的486機成了計算機市場的寵兒。第30頁/共52頁1989年歐洲粒子中心的蒂姆發(fā)明了萬維網(wǎng)ISA總線接口的聲霸卡第31頁/共52頁80486DX4主板80486PC機第32頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史5）第五代微型機1993年，Intel推出了Pentium（奔騰）CPU，即拉丁文5，習(xí)慣稱586。它含310萬晶體管，頻率高達(dá)200MHz，內(nèi)置16K的一級緩存；并首次引入了超頻（OverClock）技術(shù)，使系統(tǒng)能運行在更高的頻率，每秒執(zhí)行1億條指令。類似芯片還有AMD公司的K5、Cyrix公司的6x86。1997年，Intel推出了多功能的PentiumMMX處理器，游戲和多媒體處理能力提高了近60％。配置了32位多任務(wù)Win95的奔騰微機，是當(dāng)時頗受歡迎的機型。第33頁/共52頁IntelPentiumCyrixX86AMD-K5PentiumProPentiumMMX第34頁/共52頁AMDK5主板-1997年的產(chǎn)品采用PentiumPro聯(lián)想PC機第35頁/共52頁IBMThinkPad600E筆記本CPU：PentiumII主頻：400MHz

顯示器：13.3英寸TFTLCD

內(nèi)存：64MB

硬盤：10GB

外設(shè)：24速光驅(qū)

音頻：3D環(huán)繞音

接口：紅外接口

電池：鋰電池，3小時

尺寸：300×240×36mm3

重量：2.5kg第36頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史6）第六代微型機從1998年開始的5年時間里，各芯片制造商開發(fā)了一大批32位微處理器，被廣泛應(yīng)用在高檔臺式機、筆記本電腦、工作站和服務(wù)器中。例如，Intel的PⅡ、Celeron、PⅢ、P4，AMD的K6、AthlonXP等。它們在制造工藝、兩級Cache、SSE（SIMD流技術(shù)擴展）和SSE2指令集、前端總線頻率、超頻技術(shù)、CPU的散熱措施等多個方面，均明顯優(yōu)于586。第37頁/共52頁AMD-K6插卡形式的PentiumIIIntelCeleron（賽揚）PentiumIIIPentium4AMDAthlonXP（速龍）第38頁/共52頁采用Pentium4的32位DellPC機采用Pentium4的32位HPPC機采用AMDK6-2的32位筆記本電腦第39頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史7）第七代微型機2003年9月，AMD公司首先發(fā)布了面向臺式機的64位處理器Athlon64（速龍）和64FX。Intel在嘗試了新的IA-64架構(gòu)失敗后，研發(fā)成了擴展64位內(nèi)存技術(shù)EM64T架構(gòu)，并用到了P46xx和P4EE等系列的64位處理器設(shè)計中。隨后又推出了一批用于手提電腦、工作站和服務(wù)器的64位CPU，標(biāo)志著64位微型機時代的到來。第40頁/共52頁AMDAthlon64（速龍）AMDAthlon64FXAMDOpteron（皓龍）AMD的64位處理器第41頁/共52頁P463064位CPUP4630安裝后P4630的插座P4EE3.46(GHz)INTEL的64位處理器第42頁/共52頁聯(lián)想家悅D2000EPC：

采用AMDSempron（閃龍）642600+64位CPU，256MB內(nèi)存，DVD光驅(qū)，2.0獨立音箱，17寸LCD。主板芯片組VIAK8M800，支持800MHzHyperTransport總線、顯示接口AGP8X、SATA硬盤接口、USB2.0等主流技術(shù)。第43頁/共52頁DellDimension

XPS臺式機：64位Pentium

4

EECPU，3.20GHz主頻，1GB內(nèi)存120GBSATA硬盤RADEON

9800XT顯卡(256MB顯存)19寸液晶顯示器8倍速DVD+R/RW光驅(qū)SoundBlaster

Audigy2聲卡Windows

XP

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Edition第44頁/共52頁3.個人計算機的發(fā)展歷史8）第八代微型機2005年6月，Intel和AMD