1.2.2　微型計算機的發展

在計算機的飛速發展過程中，20世紀70年代出現了微型計算機。微型計算機開發的先驅是兩個年青的工程師，美國英特爾（Intel）公司的霍夫（Hoff）和意大利的弗金（Fagin）。霍夫首先提出了可編程通用計算機的設想，即把計算機的全部電路制作在4個集成電路芯片上。這個設想首先由弗金實現，他在4.2mm×3.2mm的硅片上集成了2250個晶體管構成中央處理器，即4位微處理器Intel 4004，再加上一片隨機存儲器、一片只讀存儲器和一片寄存器，通過總線連接就構成了一臺4位微型電子計算機。

凡由集成電路構成的中央處理器（Central Processing Unit，CPU），人們習慣上稱為微處理器（Micro Processor）。由不同規模的集成電路構成的微處理器，形成了微型計算機的幾個發展階段。從1971年世界上出現第一個4位的微處理器Intel 4004算起，至今微型計算機的發展經歷了6個階段。

1.第一代微型計算機

第一代微型計算機是以4位微處理器和早期的8位微處理器為核心的微型計算機。4位微處理器的典型產品是Intel 4004/4040，芯片集成度為1200個晶體管/片，時鐘頻率為1MHz。第一代產品采用了PMOS工藝，基本指令執行時間為10～20ms，字長4位或8位，指令系統簡單，速度慢。微處理器的功能不全，實用價值不大。早期的8位微處理器的典型產品是Intel 8008。

2.第二代微型計算機

1973年12月，Intel 8080的研制成功，標志著第二代微型計算機的開始。其他型號的典型微處理器產品是Intel公司的Intel 8085、Motorola公司的M6800，以及Zilog公司的Z80等，它們都是8位微處理器，集成度為4000～7000個晶體管/片，時鐘頻率為4MHz。其特點是采用了NMOS工藝，集成度比第一代產品提高了一倍，基本指令執行時間為1～2ms。

1976—1977年，高檔8位微處理器以Z80和Intel 8085為代表，使運算速度和集成度又提高了一倍，已具有典型的計算機體系結構及中斷、直接內存存取（Direct Memory Access，DMA）等控制功能，指令系統比較完善。它們所構成的微型計算機的功能顯著增強，最著名的是Apple公司的Apple Ⅱ，軟件可以使用高級語言，進行交互式會話操作，此后微型計算機的發展開始進入全盛時期。

3.第三代微型計算機

1978年，Intel公司推出第三代微處理器代表產品Intel 8086，集成度為29000個晶體管/片。1979年又推出了Intel 8088，同年Zilog公司推出了Z8000，集成度為17500個晶體管/片。這些微處理器都是16位微處理器，采用HMOS工藝，基本指令執行時間為0.5ms，各方面的性能比第二代又提高了一個數量級。由它們構成的微型計算機具有豐富的指令系統，采用多級中斷、多重尋址方式、段式寄存器結構，并且配有強有力的系統軟件。

1982年，Intel公司在8086的基礎上又推出了性能更為優越的80286，集成度為13.4萬個晶體管/片。其內部和外部數據總線均為16位，地址總線為24位。由Intel公司微處理器構成的微型計算機首次采用了虛擬內存的概念。Intel 80286微處理器芯片的問世，使20世紀80年代后期286微型計算機風靡全球。

4.第四代微型計算機

1985年10月，Intel公司推出了32位字長的微處理器Intel 80386，標志著第四代微型計算機的開始。80386芯片內集成了27.5萬個晶體管/片，其內部、外部數據總線和地址總線均為32位，隨著內存芯片制造技術的發展和成本的下降，內存容量已達到16MB和32MB。1989年，研制出的80486，集成度為120萬個晶體管/片，把80386的浮點運算處理器和8KB的高速緩存（Cache）集成到一個芯片，并支持二級Cache，極大地提高了內存訪問的速度。用該微處理器構成的微型計算機的功能和運算速度完全可以與20世紀70年代的大中型計算機相匹敵。

5.第五代微型計算機

1993年，Intel公司推出了更新的微處理器芯片Pentium，中文名為“奔騰”，Pentium微處理器芯片內集成了310萬個晶體管/片。隨后Intel公司又陸續推出了Classic Pentium（經典奔騰）、Pentium Pro（高能奔騰）、Pentium MMX（多能奔騰，1997年初）、Pentium Ⅱ（奔騰二代，1997年5月）、Pentium Ⅲ（奔騰三代，1999年）和Pentium 4（奔騰第四代產品，2001年）的微型計算機。在Intel公司各階段推出微處理器的同時，各國廠家也相繼推出與奔騰微處理器結構和性能相近的微型計算機。

6.第六代微型計算機

2004年，AMD公司推出了64位芯片Athlon 64，2005年初Intel公司推出了64位奔騰系列芯片。2005年4月，英特爾公司第一款雙核處理器平臺產品的問世，標志著一個新時代來臨。所謂雙核和多核處理器設計用于在一枚處理器中集成兩個或多個完整執行內核，以支持同時管理多項活動。2006年，Intel公司推出了酷睿系列的64位雙核微處理器Core 2，AMD公司也相繼推出了64位雙核微處理器，之后Intel和AMD公司又相繼推出了四核的處理器。2008年11月，Intel公司推出了第一代智能酷睿Core i系列，Core i系列是具有革命性的全新一代PC處理器，其性能相較之前的產品提升了20％～30％。2012年，Intel發布22nm工藝和第三代處理器，使用22nm工藝的處理器其功率普遍小于77W，使得處理器的散熱需求大幅下降，提升了大規模數據運算的可靠性，并降低了散熱功耗。以Core i7-3770處理器為例，處理器具備了睿頻功能，即在運算負載較大的環境下，自動提升處理器主頻，從而加速完成運算。在運算完成時，又可以及時降低主頻，從而降低計算機功耗。2014年，Intel首發桌面級8核心16線程處理器，Core i7-5960X處理器是第一款基于22nm工藝的8核心桌面級處理器，擁有高達20MB的三級緩存，主頻達到3.5GHz，功率為140W。此處理器的處理能力超群，浮點數計算能力是普通辦公計算機的10倍以上。2015年是微電子的新時代——14nm工藝產品上市，Intel 14nm處理器第五代Core系列處理器正式登場。新處理器除了擁有更強的性能且功耗降低外，同時還支持一些全新的人機交互模式，為用戶帶來更好的體驗。

目前，Intel已經發布的Core i7系列處理器中有4核8線程、6核12線程、8核16線程、10核20線程等幾種規格。64位技術和多核技術的應用使得微型計算機進入一個新的時代，現代微型計算機的性能遠遠超過了早期的巨型計算機。隨著近些年來微型計算機的發展異常迅速，芯片集成度不斷提高，并向著重量輕、體積小、運算速度快、功能更強和更易使用的方向發展。