第1-2讲 计算机发展史
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1
存储器（Memory）
记忆部件：存储程序和数据。 存储器分级配置 内存：由半导体存储器组成，读写速度快； 外存：如硬盘、软盘等，容量大，读写速度慢 程序在外存存放，执行时调入内存。
1
总线（Bus）
计算机各部分之间传送信息的公共通道。 各部件分时复用总线。 在某一时刻，只能有一个部件向总线发送数据，否 则形成总线冲突。 可有多个部件从总线接收数据。 总线结构降低了部件之间连线数量，提高可靠性； 但数据交换速度降低。 总线按传递信息的内容分为： 数据总线（Data Bus --DB） --双向 地址总线（Address Bus--AB）--单向 控制总线（Control Bus—CB）--双向
英特尔公司创业
1969年春， 仅有106人的英特尔生产出它的第一 个产品——64比特存储器3101，这是全球第一枚半 导体集成电路存储器芯片，领先于其他公司10年； 1970年，他们又研制出第一颗金属氧化物半导体存 储芯片1101， 容量扩大到256比特。同年，代号为 1103的动态随机存储器（DRAM）问世，宣告了磁芯 存储器的死亡。
计算机科学之父---图林
1936年， 图林发表了一篇划 时代的论文——《论可计算数 及其在判定问题中的应用》 ， 后被人改称《理想计算机》。 论文里论述了一种“图林机”， 只要为它编好程序， 它就可以 承担其他机器能做的任何工作。 当世界上还没人提出通用计算 机的概念前，图林已经在理论 上证明了它存在的可能性。
1
中央处理器 （CPU）
中央处理器CPU（Central Processing Unit）具有 运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称微 处理器。 微处理器的主要功能部件有 （1）运算器，也称算术逻辑部件（ALU）：用来进 行算术和逻辑运算。 （2）控制器：整个系统的指挥控制部件从内存中取 出指令、翻译指令并调动运算器及其它部件完成相应 操作。 （3）寄存器：包括程序计数器、指令寄存器、累加 器、地址寄存器、数据寄存器、通用寄存器等。
微处理器制造进步表
年代
71-73
CPU
4004 8008 8080 6800 8085 Z80 6802 8086 M6800 z8000
集成度 字长
4 8 2000
时钟
(MHZ)
（晶体管/片）
指令周期
20us
1
73-75
8
5000
2
2us
75-77
8
500
2.5-5
1us
78-80
16
30000
摩尔定律
1964年，摩尔（G. Moore） 博士，以三页纸的短小篇幅， 发表了一个奇特的理论。摩 尔天才地预言说道，集成电 路上能被集成的晶体管数目， 将会以每18个月翻一番的速 度稳定增长，并在今后数十 年内保持着这种势头。摩尔 的这个预言，因集成电路芯 片后来的发展曲线得以证实， 并在较长时期保持着有效性， 被人誉为“摩尔定律”。
差分机
19世纪20年 代,英国剑桥大 学科学家巴贝奇 （C.Babbage） 提出了“条件转 移”的概念
差分机
巴贝奇耗费了整整10年时间，于1822 年完成了第一台差分机，可以处理3个不 同的5位数， 计算精度达到6位小数
第一次数据处理
19世纪末， 美国人口普查局的 统计学家霍列瑞斯 （H.Hollerith）博 士，首先用穿孔卡 完成了第一次大规 模数据处理。
大规模的并行处理机
从技术的发展上而言wk.baidu.com:
变址技术 缓冲技术共享 中断技术 重用技术 微程序技术 虚拟技术
从语言及应用方面而言 :
由汇编到高级语言从单用户到多用户，到并行处理 的语言、编译，操作系统，直到如今计算机网络、异构 系统处理等等
计算机的发展历经五代：
第一代：1945~1954年，电子管和继电器； 第二代：1955~1964年，晶体管和磁芯存储器； 第三代：1965~1974年，中小规模集成电路； 第四代：1975~1990年，半导体存储器； 第五代：1990年至今，巨大规模集成电路。
微机原理及应用
第一讲 计算机发展史
课程开设目的
目的是通过学习使学生对计算机的工作原理 有较深入的了解，对计算机的逻辑组成、工作方 法、与外界的接口技术以及直接依赖于计算机逻 辑和硬件结构的机器码、汇编语言编程方法有系 统全面的了解，使学生受到微机方面的较严格的 基本功训练，培养良好的程序设计风格和严密的 逻辑思维能力，为今后继续学习相关知识打下良 好的基础。
微型计算机系统
运算器ALU 中央处 理 器 CPU 寄存器 控制器 存储器 I/O接口 总线 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
微 型 计算机 (主机) 硬件 微 型 计算机 系 统 软件 外设
系统软件：DOS、Windows 应用软件： Word、Excel、Visual C++
1
课程的任务
课程的任务是以8088/8086CPU为硬件依托，学习 微机汇编语言的基本概念、原理和程序设计的常用 方法与技术，系统学习了解计算机硬件组成原理， 主要的典型的硬件接口电路、控制电路的工作原理 与特性，学习用计算机解决问题的全过程，建立微 机系统的整体概念，使学生具有软硬件开发的初步 能力，也要对计算机核心硬件的发展有比较清楚的 认识。
1
第一台机械计算机
17世纪最值得称 颂的计算机发明属于 法国科学家布莱斯· 帕 斯卡（ B.Pascal）在
电脑史前史里，帕 斯卡被公认为制造 出机械计算机的第 一人。
加法器
1642年，帕斯卡19岁那年获得了成功， 制造出第一台机械计算机“加法器”。
乘法器
1674年巴黎，德国伟大的数学家、系统 提出二进制的运算法则. 独立发明微积分而 与牛顿齐名的 莱布尼茨（G.Leibnitz）造 出一台更完善的机械计算机- “乘法器”
8-12
16-18 16-100 60-120 133233 60ns 20ns 273脚 0.8um 0.35um
微处理器制造进步表
年代
97
97 98
CPU
多能奔腾
PⅡ PⅢ
集成度 字长
32
32 32 750万
时钟
(MHZ)
（晶体管/片）
其它
0.25um 内置64位 寄存器
0.18um 0.18um Net Burst 新结构
第一个微处理器4004
1971年1月，以马西安· 特德· 霍夫为首的研制 小组，完成了世界上第一个微处理器芯片。在 3×4毫米面积上集成晶体管2250个，每秒运算速 度达6万次。它意味着电脑CPU已经缩微成一块 集成电路，意味着“芯片上的电脑”诞生。
第一个微处理器4004
第一块微处理器芯片已属大规模集成电路范畴。英 特尔公司命名它为4004，第一个4表示它可以一次处 理4位数据， 第二个4代表它是这类芯片的第4种型号。 这种数字代号沿用至今，就是现代所谓“386”、 “486”等计算机俗称的最早源头。
计算机科学之父---图林
1939年， 27岁的阿兰· 图林（Alan Turing） 加入布雷契莱——战时英国的情报破译中心， 人们都称他“教授”，不一定知道他的真名。 图林根据波兰同行的研究成果， 制作了一 台破译密码的机器——“图林炸弹
计算机科学之父---图林
1939年底，“图林炸弹”交由英国制表 机公司制造完成，能以每秒2000字符的 速度破译情报，由于掌握了德国飞机的 行踪，德国空军在“海狮行动”里遭到 沉重的打击。
第一台电子计算机ENIAC
“ENIAC”——“电子数值 积分和计算机” (The electronic numerical integrator and Computer)的 英文缩写。采用穿孔卡输入输出数据，每分钟可以输入 125张卡片， 输出100张卡片。
第一台电子计算机ENIAC
在ENIAC内部，总共安 装了17468只电子管，7200 个二极管，70000多电阻器， 10000多只电容器和6000只 继电器，电路的焊接点多达 50万个；在机器表面，则布 满电表、电线和指示灯。机 器被安装在一排2.75米高的 金属柜里，占地面积为170 平方米左右，总重量达到30 吨。
计算机科学之父---图林
1950年10月， 图林的另一篇论文《机 器能思考吗》发表，首次提出检验机器智 能的“图林试验” ，从而奠定了人工智能 的基础，使他再次荣膺“人工智能之父” 称号。1954年， 42岁的阿兰· 图林英年早逝。 为了纪念他在计算机领域奠基性的贡献， 美国计算机学会决定设立“图林奖”，从 1956年开始颁发给最优秀的电脑科学家， 它就像科学界的诺贝尔奖那样，是电脑领 域的最高荣誉。
冯· 诺依曼小传
“电子计算机之父” 的桂冠，被戴在数学 家 冯· 诺依曼 （J.Von Neumann） 头上， 这是因为 冯· 诺依曼提出了现 代电脑的体系结构。
计算机科学之父---图林
冯· 诺依曼曾多 次向别人强调： “如果不考虑巴 贝奇、阿达和其 他人早先提出的 有关思想，计算 机基本概念只能 属于阿兰· 图林。
IBM
1890年，霍列瑞斯创办了一家专业“制表机公 司”。然而不久，被CTR的公司（C代表计算，T 代表制表，R代表记时）兼并.1924年公司更名为 一个宏伟的名号—国际商用机器公司（英文缩写 IBM），专门生产打孔机、制表机等产品。
布尔（G.Boole）
数字计算机首先来 源于理论突破，是逻 辑代数为开关电路设 计奠定了的数学基础。 逻辑代数又称布尔代 数，正是以它的创立 者——英国数学家布 尔（G.Boole）而命名。
个人电脑新纪元
1981年8月12日，IBM公司选择了Intel 8088，配合其 他设备推出了IBM-PC IBM PC个人电脑(Personal Computer)人类社会从此跨进个人电脑新纪元。IBM PC 主机板上配置着64KB存储器，另有5个插槽供增加内存 或连接其他外部设备。它还装备着显示器、键盘和两个 软磁盘驱动器。
5
0.5us
微处理器制造进步表
年 代
82
84 89 92 95
CPU
80286
80386 80486 奔腾586 (Pentium) 高能奔腾 (Pentiumpro)
字长 集成度
16
32 32 32 32
时钟
(MHZ)
（晶体管/片）
指令周期
34000
270000 120万160万 310万 550万
第一台电磁式的数字计算机
1937年11月，美国AT&T贝尔实验室研究 人员斯蒂比兹（G. Stibitz）做成了世界上 第一台电磁式的数字计算机。斯蒂比兹的 妻子将它命名为“Model-K”
第一台电子计算机ENIAC
1946年2月 14日，恰逢当年 “情人节”，世 界上第一台电子 计算机研制成功。 这台机器的名字 叫“ENIAC”（埃 历阿克）。
第一台制表机
1889年霍列瑞 斯制作了第一台制 表机。机器上装备 着一个计算器，当 纸带被牵引移动时， 一旦有孔的地方通 过鼓形转轮表面， 计数器电路就被接 通，完成一次累加 统计。
第一次把数据转变成二进制信息
霍列瑞斯博士的发 明并不是通用计算机， 除了能统计数据表格 外，制表机几乎没有 别的什么用途，然而， 制表机穿孔卡第一次 把数据转变成二进制 信息。霍列瑞斯的成 就使他跻身于“信息 处理之父”的行列。
第一台电子计算机ENIAC
ENIAC的运算速度达到 每秒钟5000次加法，可以 在3/1000秒时间内做完两 个10位数乘法，一条炮弹 的轨迹，20秒钟就能被它 算完，比炮弹本身的飞行 速度还要快。 ENIAC标志 着电子计算机的创世，人 类社会从此大步迈进了电 脑时代的门槛
英特尔公司创业
1968年，诺依斯、 摩尔和格罗夫（A. Grove）毅然退出 “仙童”，根据摩尔 的建议，把新建公司 取名为“英特尔” （英文缩写INTEL）， 寓意着“集成电子”。
166-233
233-500 450-600
1000万
2002- Pentium 4 2005
32
4200万
1.4G3.06G
现代计算机系统
发展经历了五次更新换代
从器件发展而言：
电子管、继电器存储 集成电路 晶体管
磁介质存储
大规模和超大规模集成电路 流水线机 多处理机
从结构的发展而言 :
单个CPU组成的单机系统
16位微处理器8088
1979年，Intel公司推出16位微处理器8088， Intel 8088(如图)采用双列直插DIP封装，插在主板 DIP插座中使用。8088的性能完全与8086相同， 只是将外部数据总线改为了8位，目的是使其能直 接使用和控制当时的大量外设。也正是由于这一 改进，造就了Intel公司CPU产品的主流地位。
存储器（Memory）
记忆部件：存储程序和数据。 存储器分级配置 内存：由半导体存储器组成，读写速度快； 外存：如硬盘、软盘等，容量大，读写速度慢 程序在外存存放，执行时调入内存。
1
总线（Bus）
计算机各部分之间传送信息的公共通道。 各部件分时复用总线。 在某一时刻，只能有一个部件向总线发送数据，否 则形成总线冲突。 可有多个部件从总线接收数据。 总线结构降低了部件之间连线数量，提高可靠性； 但数据交换速度降低。 总线按传递信息的内容分为： 数据总线（Data Bus --DB） --双向 地址总线（Address Bus--AB）--单向 控制总线（Control Bus—CB）--双向
英特尔公司创业
1969年春， 仅有106人的英特尔生产出它的第一 个产品——64比特存储器3101，这是全球第一枚半 导体集成电路存储器芯片，领先于其他公司10年； 1970年，他们又研制出第一颗金属氧化物半导体存 储芯片1101， 容量扩大到256比特。同年，代号为 1103的动态随机存储器（DRAM）问世，宣告了磁芯 存储器的死亡。
计算机科学之父---图林
1936年， 图林发表了一篇划 时代的论文——《论可计算数 及其在判定问题中的应用》 ， 后被人改称《理想计算机》。 论文里论述了一种“图林机”， 只要为它编好程序， 它就可以 承担其他机器能做的任何工作。 当世界上还没人提出通用计算 机的概念前，图林已经在理论 上证明了它存在的可能性。
1
中央处理器 （CPU）
中央处理器CPU（Central Processing Unit）具有 运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称微 处理器。 微处理器的主要功能部件有 （1）运算器，也称算术逻辑部件（ALU）：用来进 行算术和逻辑运算。 （2）控制器：整个系统的指挥控制部件从内存中取 出指令、翻译指令并调动运算器及其它部件完成相应 操作。 （3）寄存器：包括程序计数器、指令寄存器、累加 器、地址寄存器、数据寄存器、通用寄存器等。
微处理器制造进步表
年代
71-73
CPU
4004 8008 8080 6800 8085 Z80 6802 8086 M6800 z8000
集成度 字长
4 8 2000
时钟
(MHZ)
（晶体管/片）
指令周期
20us
1
73-75
8
5000
2
2us
75-77
8
500
2.5-5
1us
78-80
16
30000
摩尔定律
1964年，摩尔（G. Moore） 博士，以三页纸的短小篇幅， 发表了一个奇特的理论。摩 尔天才地预言说道，集成电 路上能被集成的晶体管数目， 将会以每18个月翻一番的速 度稳定增长，并在今后数十 年内保持着这种势头。摩尔 的这个预言，因集成电路芯 片后来的发展曲线得以证实， 并在较长时期保持着有效性， 被人誉为“摩尔定律”。
差分机
19世纪20年 代,英国剑桥大 学科学家巴贝奇 （C.Babbage） 提出了“条件转 移”的概念
差分机
巴贝奇耗费了整整10年时间，于1822 年完成了第一台差分机，可以处理3个不 同的5位数， 计算精度达到6位小数
第一次数据处理
19世纪末， 美国人口普查局的 统计学家霍列瑞斯 （H.Hollerith）博 士，首先用穿孔卡 完成了第一次大规 模数据处理。
大规模的并行处理机
从技术的发展上而言wk.baidu.com:
变址技术 缓冲技术共享 中断技术 重用技术 微程序技术 虚拟技术
从语言及应用方面而言 :
由汇编到高级语言从单用户到多用户，到并行处理 的语言、编译，操作系统，直到如今计算机网络、异构 系统处理等等
计算机的发展历经五代：
第一代：1945~1954年，电子管和继电器； 第二代：1955~1964年，晶体管和磁芯存储器； 第三代：1965~1974年，中小规模集成电路； 第四代：1975~1990年，半导体存储器； 第五代：1990年至今，巨大规模集成电路。
微机原理及应用
第一讲 计算机发展史
课程开设目的
目的是通过学习使学生对计算机的工作原理 有较深入的了解，对计算机的逻辑组成、工作方 法、与外界的接口技术以及直接依赖于计算机逻 辑和硬件结构的机器码、汇编语言编程方法有系 统全面的了解，使学生受到微机方面的较严格的 基本功训练，培养良好的程序设计风格和严密的 逻辑思维能力，为今后继续学习相关知识打下良 好的基础。
微型计算机系统
运算器ALU 中央处 理 器 CPU 寄存器 控制器 存储器 I/O接口 总线 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
微 型 计算机 (主机) 硬件 微 型 计算机 系 统 软件 外设
系统软件：DOS、Windows 应用软件： Word、Excel、Visual C++
1
课程的任务
课程的任务是以8088/8086CPU为硬件依托，学习 微机汇编语言的基本概念、原理和程序设计的常用 方法与技术，系统学习了解计算机硬件组成原理， 主要的典型的硬件接口电路、控制电路的工作原理 与特性，学习用计算机解决问题的全过程，建立微 机系统的整体概念，使学生具有软硬件开发的初步 能力，也要对计算机核心硬件的发展有比较清楚的 认识。
1
第一台机械计算机
17世纪最值得称 颂的计算机发明属于 法国科学家布莱斯· 帕 斯卡（ B.Pascal）在
电脑史前史里，帕 斯卡被公认为制造 出机械计算机的第 一人。
加法器
1642年，帕斯卡19岁那年获得了成功， 制造出第一台机械计算机“加法器”。
乘法器
1674年巴黎，德国伟大的数学家、系统 提出二进制的运算法则. 独立发明微积分而 与牛顿齐名的 莱布尼茨（G.Leibnitz）造 出一台更完善的机械计算机- “乘法器”
8-12
16-18 16-100 60-120 133233 60ns 20ns 273脚 0.8um 0.35um
微处理器制造进步表
年代
97
97 98
CPU
多能奔腾
PⅡ PⅢ
集成度 字长
32
32 32 750万
时钟
(MHZ)
（晶体管/片）
其它
0.25um 内置64位 寄存器
0.18um 0.18um Net Burst 新结构
第一个微处理器4004
1971年1月，以马西安· 特德· 霍夫为首的研制 小组，完成了世界上第一个微处理器芯片。在 3×4毫米面积上集成晶体管2250个，每秒运算速 度达6万次。它意味着电脑CPU已经缩微成一块 集成电路，意味着“芯片上的电脑”诞生。
第一个微处理器4004
第一块微处理器芯片已属大规模集成电路范畴。英 特尔公司命名它为4004，第一个4表示它可以一次处 理4位数据， 第二个4代表它是这类芯片的第4种型号。 这种数字代号沿用至今，就是现代所谓“386”、 “486”等计算机俗称的最早源头。
计算机科学之父---图林
1939年， 27岁的阿兰· 图林（Alan Turing） 加入布雷契莱——战时英国的情报破译中心， 人们都称他“教授”，不一定知道他的真名。 图林根据波兰同行的研究成果， 制作了一 台破译密码的机器——“图林炸弹
计算机科学之父---图林
1939年底，“图林炸弹”交由英国制表 机公司制造完成，能以每秒2000字符的 速度破译情报，由于掌握了德国飞机的 行踪，德国空军在“海狮行动”里遭到 沉重的打击。
第一台电子计算机ENIAC
“ENIAC”——“电子数值 积分和计算机” (The electronic numerical integrator and Computer)的 英文缩写。采用穿孔卡输入输出数据，每分钟可以输入 125张卡片， 输出100张卡片。
第一台电子计算机ENIAC
在ENIAC内部，总共安 装了17468只电子管，7200 个二极管，70000多电阻器， 10000多只电容器和6000只 继电器，电路的焊接点多达 50万个；在机器表面，则布 满电表、电线和指示灯。机 器被安装在一排2.75米高的 金属柜里，占地面积为170 平方米左右，总重量达到30 吨。
计算机科学之父---图林
1950年10月， 图林的另一篇论文《机 器能思考吗》发表，首次提出检验机器智 能的“图林试验” ，从而奠定了人工智能 的基础，使他再次荣膺“人工智能之父” 称号。1954年， 42岁的阿兰· 图林英年早逝。 为了纪念他在计算机领域奠基性的贡献， 美国计算机学会决定设立“图林奖”，从 1956年开始颁发给最优秀的电脑科学家， 它就像科学界的诺贝尔奖那样，是电脑领 域的最高荣誉。
冯· 诺依曼小传
“电子计算机之父” 的桂冠，被戴在数学 家 冯· 诺依曼 （J.Von Neumann） 头上， 这是因为 冯· 诺依曼提出了现 代电脑的体系结构。
计算机科学之父---图林
冯· 诺依曼曾多 次向别人强调： “如果不考虑巴 贝奇、阿达和其 他人早先提出的 有关思想，计算 机基本概念只能 属于阿兰· 图林。
IBM
1890年，霍列瑞斯创办了一家专业“制表机公 司”。然而不久，被CTR的公司（C代表计算，T 代表制表，R代表记时）兼并.1924年公司更名为 一个宏伟的名号—国际商用机器公司（英文缩写 IBM），专门生产打孔机、制表机等产品。
布尔（G.Boole）
数字计算机首先来 源于理论突破，是逻 辑代数为开关电路设 计奠定了的数学基础。 逻辑代数又称布尔代 数，正是以它的创立 者——英国数学家布 尔（G.Boole）而命名。
个人电脑新纪元
1981年8月12日，IBM公司选择了Intel 8088，配合其 他设备推出了IBM-PC IBM PC个人电脑(Personal Computer)人类社会从此跨进个人电脑新纪元。IBM PC 主机板上配置着64KB存储器，另有5个插槽供增加内存 或连接其他外部设备。它还装备着显示器、键盘和两个 软磁盘驱动器。
5
0.5us
微处理器制造进步表
年 代
82
84 89 92 95
CPU
80286
80386 80486 奔腾586 (Pentium) 高能奔腾 (Pentiumpro)
字长 集成度
16
32 32 32 32
时钟
(MHZ)
（晶体管/片）
指令周期
34000
270000 120万160万 310万 550万
第一台电磁式的数字计算机
1937年11月，美国AT&T贝尔实验室研究 人员斯蒂比兹（G. Stibitz）做成了世界上 第一台电磁式的数字计算机。斯蒂比兹的 妻子将它命名为“Model-K”
第一台电子计算机ENIAC
1946年2月 14日，恰逢当年 “情人节”，世 界上第一台电子 计算机研制成功。 这台机器的名字 叫“ENIAC”（埃 历阿克）。
第一台制表机
1889年霍列瑞 斯制作了第一台制 表机。机器上装备 着一个计算器，当 纸带被牵引移动时， 一旦有孔的地方通 过鼓形转轮表面， 计数器电路就被接 通，完成一次累加 统计。
第一次把数据转变成二进制信息
霍列瑞斯博士的发 明并不是通用计算机， 除了能统计数据表格 外，制表机几乎没有 别的什么用途，然而， 制表机穿孔卡第一次 把数据转变成二进制 信息。霍列瑞斯的成 就使他跻身于“信息 处理之父”的行列。
第一台电子计算机ENIAC
ENIAC的运算速度达到 每秒钟5000次加法，可以 在3/1000秒时间内做完两 个10位数乘法，一条炮弹 的轨迹，20秒钟就能被它 算完，比炮弹本身的飞行 速度还要快。 ENIAC标志 着电子计算机的创世，人 类社会从此大步迈进了电 脑时代的门槛
英特尔公司创业
1968年，诺依斯、 摩尔和格罗夫（A. Grove）毅然退出 “仙童”，根据摩尔 的建议，把新建公司 取名为“英特尔” （英文缩写INTEL）， 寓意着“集成电子”。
166-233
233-500 450-600
1000万
2002- Pentium 4 2005
32
4200万
1.4G3.06G
现代计算机系统
发展经历了五次更新换代
从器件发展而言：
电子管、继电器存储 集成电路 晶体管
磁介质存储
大规模和超大规模集成电路 流水线机 多处理机
从结构的发展而言 :
单个CPU组成的单机系统
16位微处理器8088
1979年，Intel公司推出16位微处理器8088， Intel 8088(如图)采用双列直插DIP封装，插在主板 DIP插座中使用。8088的性能完全与8086相同， 只是将外部数据总线改为了8位，目的是使其能直 接使用和控制当时的大量外设。也正是由于这一 改进，造就了Intel公司CPU产品的主流地位。