微型计算机和微处理器的发展

微型计算机和微处理器的发展微型计算机简称"微型机"、"微机"，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为"微电脑"。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。

微型计算机的发展具体分为以下几个阶段：

1.电子管数字计算机

计算机的逻辑元件采用电子管，主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯；外存储器采用磁带；软主要采用机器语言、汇编语言；应用以科学计算为主。其特点是体积大、耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂，但它奠定了以后计算机技术的基础。

2.晶体管数字计算机

晶体管的发明推动了计算机的发展，逻辑元件采用了晶体管以后，计算机的体积大大缩小，耗电减少，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高。主存储器采用磁芯，外存储器已开始使用更先进的磁盘；软件有了很大发展，出现了各种各样的高级语言及其编译程序，还出现了以批处理为主的操作系统，应用以科学计算和各种事务处理为主，并开始用于工业控制。

3.集成电路数字计算机

20世纪60年代，计算机的逻辑元件采用小、中规模集成电路(SSI、MSI)，计算机的体积更小型化、耗电量更少、可靠性更高，性能比第十代计算机又有了很大的提高，这时，小型机也蓬勃发展起来，应用领域日益扩大。主存储器仍采用磁芯，软件逐渐完善，分时操作系统、会话式语言等多种高级语言都有新的发展。

4.大规模集成电路数字计算机

计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路(LSI)。所谓大规模集成电路是指在单片硅片上集成1000~2000个以上晶体管的集成电路，其集成度比中、小规模的集成电路提高了1~2个以上数量级。这时计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机工业的空前大发展。随着大规模集成电路技术的迅速发展，计算机除了向

巨型机方向发展外，还朝着超小型机和微型机方向飞越前进。1971年末，世界上第一台微处理器和微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生，它开创了微型计算机的新时代。此后各种各样的微处理器和微型计算机如雨后春笋般地研制出来，潮水般地涌向市场，成为当时首屈一指的畅销品。这种势头直至今天仍然方兴未艾。特别是IBM-PC系列机诞生以后，几乎一统世界微型机市场，各种各样的兼容机也相继问世。

微型计算机的发展主要表现在其核心部件--微处理器的发展上，每当一款新型的微处理器出现时，就会带动微机系统的其他部件的相应发展，如微机体系结构的进一步优化，存储器存取容量的不断增大、存取速度的不断提高，外围设备的不断改进以及新设备的不断出现等。

CPU也称为微处理器，微处理器的历史可追溯到1971年，当时INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。它是用于计算器的4位微处理器，含有2300个晶体管。从此以后，INTEL便与微处理器结下了不解之缘。

通常以字长是4位或8位微处理器，典型的是美国 Intel 4004和Intel 8008微处理器。Intel 4004是一种4位微处理器，可进行4位二进制的并行运算，它有45条指令，速度0.05MIPs（Million Instruction Per Second，每秒百万条指令）。Intel 4004的功能有限，主要用于计算器、电动打字机、照相机、台秤、电视机等家用电器上，使这些电器设备具有智能化，从而提高它们的性能。Intel 8008是世界上第一种8位的微处理器。存储器采用PMOS工艺。该阶段计算机工作速度较慢，微处理器的指令系统不完整，存储器容量很小，只有几百字节，没有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制。

典型的微处理器有Intel 8080/8085，Zilog公司的Z80和Motorola公司的M6800。与第一代微处理器相比，集成度提高了1～4倍，运算速度提高了10～15倍，指令系统相对比较完善，已具备典型的计算机体系结构及中断、直接存储器存取等功能。存储容量达64KB，配有荧光屏显示器、键盘、软盘驱动器等设备构成。

1978 年，Intel公司率先推出16位微处理器8086，同时，为了方便原来的8位机用户，Intel公司又提出了一种准16位微处理器8088。在Intel公司推出8086、8088 CPU之后，各公司也相继推出了同类的产品，有Zilog公司Z8000

和Motorola公司的M68000等。16位微处理器比8位微处理器有更大的寻址空间、更强的运算能力、更快的处理速度和更完善的指令系统。

1985年，Intel公司推出了第四代微处理器80386。它是一种与8086向上兼容的32位微处理器80386，它具32位的数据总线和32位的地址总线，存储器可寻址空间达4GB，运算速度达到每秒300～400万条指令，即3～4MPIS。CPU 内部采用6级流水线结构，使用二级存储器管理方式，支持带有存储器保护的虚拟存储机制。随着集成电路工艺水平的进一步提高，1989年，Intel公司又推出了性能更高的32位微处理器80486，在芯片上集成约120万个晶体管，是80386的4倍，80486由3个部件组成：一个是80386体系结构的主处理器，一个是与80387兼容的数字协处理器和一个8KB容量的高速缓冲存储器，并采用了RISC （精简指令集计算机）技术和突发总线技术，提高了速度，在相同频率下，80486的处理速度一般比80386快2～4倍。以这些高性能32位微处理器为CPU构成的微机的性能指标已达到或超过当时的高档小型机甚至大型机的水平，被称为高档或超级微机。同期推出的产品还有MC68040和NEC公司的V80。

1993年，Intel公司推出了第五代微处理器Pentium（中文译名为奔腾）。Pentium微处理器的推出使微处理器的技术发展到了一个崭新的阶段，标志着微处理器完成从CISC向RISC 时代的过渡，也标志着微处理器向工作站和超级小型机冲击的开始。

1996年Intel公司将其第六代微处理器正式命名为Pentium Pro（奔腾）。该处理器的集成电路采用了0.35的工艺，时钟频率为200MHz，在处理方面，Pentium Pro引入了新的指令执行方式，其内部核心是PISC处理器，运算速度达200MIPs。Pentium Pro允许在一个系统里安装4个处理器，因此，Pentium Pro 最合适的位置是作为高性能服务器和工作站。

1999年，AMD推出了世界上第一款第七代微处理器，取名为速龙MP处理器，可支持高性能多处理器平台的服务器及工作站。新一代的应用程序需要一个稳定可靠的操作环境进行大量的运算，AMD速龙 MP处理器可以满足这类应用软件的需要。

处理器设计的发展趋势主要是：完全32位的ALU（内置快速浮点处理器）和多指令流的流水线式执行方式。处理器设计的最新进展是64位ALU，预计在

下一个十年中家用PC就会用上这种处理器。此外，还存在为处理器添加可高效执行某些操作的特殊指令（例如MMX指令）的趋势，以及在处理器芯片中增加硬件虚拟内存支持和L1缓存的趋势。所有这些趋势都进一步增加了晶体管的数量，导致现在的处理器包含数千万个晶体管。而这些处理器每秒大约可以执行十亿条指令。