微机原理与接口技术学习笔记 微处理器和微型计

   1．定义

    微处理器是指由一片或几片大规模集成电路组成的中央处理器。

    微型计算机（Microcomputer，μc）是指以微处理器为基础，配以内存储器以及输入输出（I／O）接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。把微型计算机集成在一个芯片上即构

成单片微型计算机（Single chip Microcomputer）。

    微型计算机系统（Microcomputer System，μcs）是指由微型计算机配以相应的外围设备（如打印机、显示器、磁盘机和磁带机等）及其它专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件而构成的系统。

    2．微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系

这三者之间的关系如下：

    1.1.2 微处理器发展简况

    由于集成电路工艺和计算技术的发展，20世纪60年代末和70年代初，袖珍计算器得到普遍的应用，作为研制灵活的计算器芯片的成果，1971年10月，美国Intel公司首先推出Intel 4004微处理器，这是实现4位并行运算的单片处理器、构成运算器和控制器的所有元件都集成在一片MOS大规模集成电路芯片上，这是第一片微处理器。

    从1971年未第一片微处理器推出至今20余年的时间，微处理器经历了4代的发展。

    第一代，1971年开始。这是4位μp和低档8位μp的时期，其典型产品有：

    1971年10月，Intel4004（4位μp）；

    1972年3月，Intel 8008（8位μp）、其集成度为2000管子/片，采用 P-MOS工艺，10μm光刻技术。

    第二代，1973年开始。这是8位μp的时期，其典型产品有：

    1973年，Intel8080；

    1974年3月，Motorola的MC6800；

    这两种是中档的8位μp。

    1975～1976年，Zilog的Z80；

    1976年，Intel 8085。

    这两种是高档的8位μp。

    其中，Intel 8080的集成度为5400管子/片，采用N-MOS工艺，6μm光刻技术。

    第三代，1978年开始。这是16位μp时期，其典型产品有：

    1978年，Intel 8086；

    1979年，Zilog Z8000；

    1979年，Motorola的 MC68000．其集成度为68000管子/片，采用H-MOS工艺，3μm光刻技术。

    第四代，1981年开始，这是32位μp的时期，其典型产品有：

    1983年，Zilog的 Z80000；

    1984年7月，Motorola的 MC68020，集成度为17万管子/片，采用CHMOS工艺，2μm光刻技术；

    1985年夏，Intel 80386，集成度为27.5万管子/片，采用CHMOS工艺，1.2μm光刻技术。

    自Intel 80386芯片推出以来，又出现了许多高性能的32位μp，如MC68030,Intel80486,MC68040,以及Intel的Pentium等，其中后三种的32位μp的集成度都已超过100万管子/片，主振频率25～100MHz。

    从90年代开始，32位微处理器芯片的发展进入鼎盛时期，仅以构成PC机的主流微处理器芯片Intel 80X86系列芯片而言，1995年1月推出Pentium Pro（高能奔腾）至今，短短6年时间Pentium MMX（多能奔腾）、Pentium Ⅱ和Pentium Ⅲ等各种高性能的32位处理器不断涌现，性能越来越高，功能越来越多，而且还在不断发展。

    关于80386～Pentium Ⅲ的结构，性能特点在2.5节中介绍。

    1.1.3  微型计算机的分类概述

    1．单片机

    又称为"微控制器（Microcontroller）和"嵌入式计算机"（Embedded Computer）。这是一种把构成一个微型计算机的一些功能部件集成在一块芯片之中的计算机，这些功能部件包括μp、RAM、ROM（有的单片机中不含ROM）I/O接口电路、定时器／计数器等，甚至还有将A／D）（模拟/数字）转换器和D／A（数字/模拟）转换器集成在内的单片机。单片机的体积小、功耗低，在智能化仪器仪表以及控制领域内应用极广。常用的单片机有Intel公司的MCS-51系列单片机（8031、8051、8751）、MCS-96系列单片机（8096、8796、8098），Motorola公司的MC6805等。

    2．单板机

    将μp、RAM、ROM以及一些I/O接口电路，加上相应的外设（键盘、发光二极管显示器）以及监控程序固件等安装在一块印刷电路板上所构成的计算机系统。如以Z80为CPU的TP-801，以Intel 8086为CPU的TP-86等，可广泛应用于生产过程的实时控制以及教学实验。

    3．个人计算机（Personal Computer）

    按中国计算机学会主编的《英汉计算机辞典》的解释，所谓"个人计算机"是指"由微处理器芯片装成的、便于搬动而且不需要维护的计算机系统"。最早的个人计算机是由美国MITS公司在 1975年推出的Altair 8080，这是市售的第一台个人计算机。1976年创办的Apple公司在个人计算机发展史中起着不可磨灭的作用，Apple公司从1977年推出Apple机以后，在美国以至世界微机市场上占有极大的市场，现在是专营个人计算机的生产公司，Apple公司的成功，使一些以前专营中、小型机和大型机的公司也开始个人计算机的研制和生产。 1981年 8月，美国，也是世界上最大的计算机公司IBM（International Business Machine Corp.）推出了IBM-PC个人计算机，这是以准16位 μp Intel 8088为CPU的第二代个人计算机，1983年又推出了扩充型的IBM-PC／XT机，1984年继续推出增强型的IBM-PC／AT机，这是以高性能的16位 μp 80286为 CPU的真正的 16位个人计算机，1987年4月推出了PC系列的第二代个人计算机IBM PS/2。

    由于IBM-PC系列机的技术先进，在当今的世界微机市场上占有重要地位，同时各国的微机制造厂商又竞相推出与IBM PC系列机相兼容的“PC兼容机”（包括PC 286机，386机，486机和奔腾机等），更加速了个人计算机在世界各地的普及和应用，也为微型计算机在90年代成为计算机市场的主流产品奠定了基础。

    个人计算在商业、家用、科学和教学等领域都得到广泛的应用。