1.1.1 微型計算機的發(fā)展
微型計算 機的核心部分是微處理器。世界上的第一個微處理器Intel 4004是1971年Intel公司研制成功的，它是一個4位微處理器。Intel 4004可尋址4096個4位寬存儲單元（4位寬的存儲單元通常稱為半字節(jié)），其指令系統(tǒng)只有45條指令，用P溝道MOSFET技術(shù)制造，允許以50 KIPS（每秒千條指令）的速度執(zhí)行指令。4位微處理器用于早期的視頻游戲和基于微處理器的小型控制系統(tǒng)中。這種早期微處理器的主要問題是它的速度、字寬 度和存儲器容量不足。目前，4位微處理器在低檔應(yīng)用領(lǐng)域中依然存在，如用于微波爐和小型控制器系統(tǒng)中，并且仍然可以從某些微處理器廠商那里得到它們。大部 分計算器也仍然是基于4位微處理器的，它們處理4位BCD（二進制編碼的十進制）代碼。
1971年末，Intel公司推出了 8008，這是4004的8位擴展型微處理器。8008可尋址的存儲器空間擴大了（16KB），并且增加了指令（總計48條），這些為它在許多高級系統(tǒng)中 的應(yīng)用提供了機會。作為改進型，1973年Intel公司又推出了8080微處理器，8080的基本指令有70多條，性能也大大優(yōu)于前一代產(chǎn)品。8位微處 理器的其他產(chǎn)品有Motorola公司于1974年推出的M6800和Zilog公司設(shè)計的Z80，它們和Intel 8080成為當時微處理器的主要產(chǎn) 品。
1978年以后，各廠家陸續(xù)研制出了16位微處理器，其代表產(chǎn)品是Intel 8086/8088和Intel 80286。 1982年，IBM公司推出了以Intel 8086 CPU為處理器的IBM PC機。1983年又推出了采用Intel 8088 CPU為處理器的 IBM PC/XT。這兩種機型的內(nèi)存為1MB，支持單任務(wù)的操作系統(tǒng)。1984年，以Intel 80286為CPU的16位增強型PC機IBM PC /AT上市，其內(nèi)存可達到16MB，并支持多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)。上述微機具有多種靈活的尋址方式和強有力的指令系統(tǒng)，運算速度大大提高，直接尋址的內(nèi)存 空間有了大幅度擴充。
20世紀80年代中期，Intel公司陸續(xù)推出80386、80486、Pentium系列32位微處理器，它們是面向超高速性能、多任務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計的，適用于設(shè)計高性能、多功能的現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)。
80386微處理器于1985年10月推出。它采用1.5～1.0μm工藝，集成了27.5萬個晶體管，時鐘頻率最高達到了33MHz，數(shù)據(jù)總線和地址 總線均為32位，具有4GB的物理尋址能力。由于在芯片內(nèi)部集成了分段存儲管理部件和分頁存儲管理部件，它能夠管理高達64TB的虛擬存儲空間。另外，它 還提供了虛擬8086工作方式，使得芯片能夠同時模擬多個8086微處理器，以同時運行多個8086應(yīng)用程序。
80486微處理器于 1989年4月推出。它采用1.0～0.8μm工藝，集成了120萬個晶體管，時鐘頻率最高達到了120MHz。它除了沿用了80386的體系結(jié)構(gòu)外，還 把浮點運算部件、8KB的高速緩沖存儲器Cache集成在芯片內(nèi)。這種集成極大地加快了CPU處理指令的速度，使指令平均執(zhí)行時間從80386的約4.5 個周期降至約1.8個周期。芯片的整數(shù)處理部件采用RISC結(jié)構(gòu)，以加速處理單一指令的速度。此外，80486還引進了時鐘倍頻技術(shù)，從而使主頻可以超過 100MHz。
Pentium是Intel公司于1993年推出的全新一代高性能x86系列微處理器。它采用0.8～0.6μm的靜 態(tài)BiCMOS工藝，集成了310萬個晶體管，時鐘頻率達到了233MHz。與80486相比，在體系上做了重大改進，采用了哈佛結(jié)構(gòu)的RISC（精簡指 令集計算機），實現(xiàn)了多項先進技術(shù)，如超標量流水線結(jié)構(gòu)、分開的代碼Cache和數(shù)據(jù)Cache（哈佛結(jié)構(gòu)）、流水線式高性能浮點部件，以及增加的數(shù)據(jù)整 合和出錯檢測功能、增強的調(diào)試和測試功能等。
Intel公司于1996年推出了新x86系列CPUPentium Pro。 Pentium Pro芯片內(nèi)部集成了550萬個晶體管，內(nèi)部時鐘頻率為133MHz，處理速度幾乎是100MHz Pentium的2倍。高速緩沖存儲 器Cache大小為16KB，其中8KB為指令Cache，8KB為數(shù)據(jù)Cache。主頻200MHz的Pentium Pro CPU的L2“二級 Cache”就是運行在200MHz時鐘頻率之下，即二級Cache與處理器同頻運行。這樣的設(shè)計使Pentium Pro達到了很高性能。