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硬件工程师培训教程(15个doc)5硬件工程师培训教程（二）第二节计算机的体系结构一台计算机由硬件和软件两大部分组成。
硬件是组成计算机系统的物理实体，是看得见摸得着的部分。
从大的方面来分，硬件包括CPU(Central Processing Unit ——中央处理器)、存储器和输入/输出设备几个部分。
CPU 负责指令的执行，存储器负责存放信息(类似大脑的记忆细胞)，输入/输出设备则负责信息的采集与输出(类似人的眼睛和手)。
具体设备如我们平常所见到的内存条、显卡、键盘、鼠标、显示器和机箱等。
软件则是依赖于硬件执行的程序或程序的集合。
这是看不见也摸不着的部分。
一、Von Neumann (冯. 诺依曼)体系结构Von Neumann 体系结构是以数学家John Von Neumann 的名字命名的，他在20 世纪40年代参与设计了第一台数字计算机ENIAC 。
Von Neumann 体系结构的特点如下:·一台计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备5 大部分组成。
·采用存储程序工作原理，实现了自动连续运算。
存储程序工作原理即把计算过程描述为由许多条命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和所需的数据一起输入计算机存储器中保存起来，工作时控制器执行程序，控制计算机自动连续进行运算。
Von Neumann 体系结构存在的一个突出问题就是，外部数据存取速度和CPU 运算速度不平衡，不过可以通过在一个系统中使用多个CPU 或采用多进程技术等方法来解决。
二、CPUCPU 是计算机的运算和控制中心，其作用类似人的大脑。
不同的CPU 其内部结构不完全相同，一个典型的CPU 由运算器、寄存器和控制器组成。
3 个部分相互协调便可以进行分析、判断和计算，并控制计算机各部分协调工作。
最新的CPU 除包括这些基本功能外，还集成了高速Cache(缓存)等部件。
三、存储器每台计算机都有3 个主要的数据存储部件:主存储器、高速寄存器和外部文件存储器。
硬件工程师培训教程（一）硬件工程师培训教程（一）第一章计算机硬件系统概述要想成为一名计算机硬件工程师，不了解计算机的历史显然不行。
在本书的第一章中，我们将带你走进计算机硬件世界，去回顾计算机发展历程中的精彩瞬间。
第一节计算机的发展历史现代电子计算机技术的飞速发展，离不开人类科技知识的积累，离不开许许多多热衷于此并呕心沥血的科学家的探索，正是这一代代的积累才构筑了今天的“信息大厦”。
从下面这个按时间顺序展现的计算机发展简史中，我们可以感受到科技发展的艰辛及科学技术的巨大推动力。
一、机械计算机的诞生在西欧，由中世纪进入文艺复兴时期的社会大变革，极大地促进了自然科学技术的发展，人们长期被神权压抑的创造力得到了空前的释放。
而在这些思想创意的火花中，制造一台能帮助人进行计算的机器则是最耀眼、最夺目的一朵。
从那时起，一个又一个科学家为了实现这一伟大的梦想而不懈努力着。
但限于当时的科技水平，多数试验性的创造都以失败而告终，这也就昭示了拓荒者的共同命运: 往往在倒下去之前见不到自己努力的成果。
而后人在享用这些甜美成果的时候，往往能够从中品味出汗水与泪水交织的滋味……1614 年:苏格兰人John Napier(1550 ～1617 年)发表了一篇论文，其中提到他发明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。
1623 年:Wilhelm Schickard(1592 ～1635 年)制作了一个能进行6 位数以内加减法运算，并能通过铃声输出答案的“计算钟”。
该装置通过转动齿轮来进行操作。
1625 年:William Oughtred(1575 ～1660 年)发明计算尺。
1668 年:英国人Samuel Morl(1625 ～1695 年)制作了一个非十进制的加法装置，适宜计算钱币。
1671 年:德国数学家Gottfried Leibniz 设计了一架可以进行乘法运算，最终答案长度可达16位的计算工具。
1822 年:英国人Charles Babbage(1792 ～1871 年)设计了差分机和分析机，其设计理论非常超前，类似于百年后的电子计算机，特别是利用卡片输入程序和数据的设计被后人所采用。
硬件工程师培训教程(15个doc)3硬件工程师培训教程（三）第一节 CPU 的历史CPU 从最初发展至今已经有20 多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，C PU 可以分为4 位微处理器、8 位微处理器、16 位微处理器、32 位微处理器以及64 位微处理器等等。
在风起云涌的IT 业界，PC 机CPU 厂商主要以I n t el 、AMD 和V I A(威盛)三家为主，我们将以他们的产品为介绍重点。
一、Intel 阵营I n t e l(英特尔)公司大家已经是如雷贯耳，不管你是否为计算机高手，也不管你是否是业内人士，只要你知道计算机这个词，对I n t el 就一定不会陌生。
I n t el 是全世界硬件行业的老大，是世界上最大的芯片生产商和制造商。
提到I n t el 公司就不能不谈谈I n t e l C PU 芯片的发展历程。
按照国际上目前比较能够得到业内认同的说法，I n t el 的CPU 芯片主要经历了以下几个发展阶段:1 .I n t e l 4 0 041971 年，Intel 公司推出了世界上第一款微处理器4004 。
这是第一个用于个人计算机的4 位微处理器，它包含2 3 00 个晶体管，由于性能很差，市场反应冷淡。
2 .I n t e l 8 0 8 0 /8 0 85在4 0 04 之后，I n t el 公司又研制出了8080 处理器和8 0 85 处理器，加上当时美国M o t o r o la 公司的M C 6 8 00 微处理器和Z i l og 公司的Z80 微处理器，一起组成了8 位微处理器家族。
3 .I n t e l 8 0 8 6 /8 0 8816微处理器的典型产品是I n t el 公司的8086 微处理器，以及同时生产出的数学协处理器，即8087 。
这两种芯片使用互相兼容的指令集，但在8 0 87 指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令。
硬件工程师培训教程（三）第一节CPU的历史CPU从最初发展至今已经有20多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，C PU可以分为4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等等。
在风起云涌的IT 业界，PC机CPU厂商主要以I n t el 、AMD和V I A（威盛）三家为主，我们将以他们的产品为介绍重点。
一、Intel 阵营I n t e l（英特尔）公司大家已经是如$贯耳，不管你是否为计算机高手，也不管你是否是业内人士，只要你知道计算机这个词，对I n t el就一定不会陌生。
I n t el是全世界硬件行业的老大，是世界上最大的芯片生产商和制造商。
提到I n t el公司就不能不谈谈I n t e l C PU芯片的发展历程。
按照国际上目前比较能够得到业内认同的说法，I n t el的CPU芯片主要经历了以下几个发展阶段：1 .I n t e l 4 0 041971年，Intel 公司推出了世界上第一款微处理器4004 。
这是第一个用丁个人计算机的4位微处理器，它包含2 3 00个晶体管，由丁性能很差，市场反应冷淡。
2 .I ntel 8080 /8 0 85在4 0 04之后，I n t el 公司乂研制出了8080处理器和8 0 85处理器，加上当时美国M o t or o la 公司的M C 6 8 00微处理器和Z i l og公司的Z80微处理器，一起组成了8位微处理器家族。
3 .I ntel 8086 /8 0 8816微处理器的典型产品是I n t el公司的8086微处理器，以及同时生产出的数学协处理器，即8087 。
这两种芯片使用互相兼容的指令集，但在8 0 87指令集中增加了一些专门用丁对数、指数和三角函数等数学计算的指令。
由丁这些指令应用丁8 0 86和8 0 87,因此被人们统称为x 86指令集。
此后I n t el推出新一代CPU产品均兼容原来的x 86指令集。
1979年I n t el 公司推出了8 0 86的简化版——8088芯片，它仍是16位微处理器，内含2 9 0 00个晶体管，时钟频率为4 .7 7 M Hz,地址总线为20 位，可以使用1MB内存。
8088的内部数据总线是16位，外部数据总线是8位。
1981年，8 0 88芯片被首次用丁I B M PC机当中，开创了个人电脑的新时代。
如果说8080处理器还不为大多数人所熟知的话，那么8 0 88则可以说是家喻户晓了， P C（个人电脑）机的第一代C PU便是从它开始的。
1982年的I n t e l 8 0 2 86虽然是16位芯片，但是其内部已包含了1 3 .4 万个晶体管，时钟频率也到了前所未有的2 0 M Hz。
其内、外部数据总线均为16位，地址总线为24位，可以使用1 6 MB内存，工作方式包括实模式和保护模式两种。
5 .I nt el 80386DX/8 0386 SX32位微处理器的代表产品首推I n t el公司1 9 85年推出的8 0 3 86,这是一种全32位微处理器芯片，也是x86家族中第一款32位芯片，其内部包含了 2 7 .5 万个晶体管，时钟频率为1 2. 5MHz后逐步提高到3 3 M Hz。
8 0 3 86的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可以寻址到4 GB内存。
它除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种虚拟3 86的工作方式，可以通过同时模拟多个80 86处理器来提供多任务能力。
1 9 89年，I n t el 公司乂推出准32位处理器芯片8 0 3 8 6 SX 0它的内部数据总线为32位，与8 0 3 86相同，外部数据总线为16位。
也就是说，8 0 3 8 6 SX的内部处理速度与8 0 3 86接近，也支持真正的多任务操作，并且可以使用为8 0 2 86开发的输入/输出接口芯片。
8 0 3 8 6 SX的性能优丁8 0 2 86,而价格只及8 0 3 86的1/3 。
386处理器没有内置数学协处理器，因此不能执行浮点运算指令，如果需要进行浮点运算，必须额外购买昂贵的8 0 3 87数学协处理器。
6 .I nt el 80486DX/8 0486 SX1 9 89年，8 0 4 86处理器面市，它集成了125万个晶体管，时钟频率由25MHz逐步提升到33MHz、4 0 M Hz 和50MHz。
80486内含80386和数字协处理器80387以及一个8KB的高速缓存，并在x 86系列中首次使用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。
它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。
由丁这些改进，8 0 4 86的性能比带有8 0 3 87数学协处理器的8 0 3 86 提高了 4 倍。
早期的486理器分为有数学协处理器的486DX和无数学协处理器的 4 8 6 SX两种，其价格也相差许多。
随着芯片技术的不断发，C PU的频率越来越快，而PC 机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高，在这种情况下，出现了 C PU倍频技术，该技术使C PU内部工作频率为处理器外频的2〜3倍，486DX2、4 8 6 D X4的名字便是由此而来。
以后的日子里，C PU开始了突飞猛进的发展。
7 .I n t e l Pent i u m C l assi c（经典奔腾）代号:P54C发布时间:1993 年核心频率:60 〜200MHz总线频率:50 〜66MHz工作电压:3.3V制造工艺:0.8 〜0.35 m晶体管数目:310 〜330万个芯片面积：191mm 2缓存容量：16KB L1 Cache指令内置:x 86指令集、x 86译码器、80位浮点单元接口类型：Socket 7早期的Pentium 处理器（主要是Pentium 60和Pentium 66）存在浮点运算错误的问题，Intel 为此花4亿美元回收了大批有问题的CPU这在当时是十分冒险的行为，但Intel 的这一做法最终赢得了用户的信任,Pent i um再度成为市场上最畅销的产品。
8 .I ntel Pent i umPr o（高能奔腾）代号:P6发布时间:1995 年核心频率：150 〜200MHz总线频率:60 〜66MHz工作电压:3.1V/3.3V制造工艺:0.5 〜0.35 m晶体管数目:550 〜700万个芯片面积：196mm 2缓存容量：16KB L1 Cache、256KB/512KB/1MB L2 Cache指令内置:x 86能接口类型:Socket9 .I n t e 代号:P55C 发布时间:1997 核心频率：166 - 总线频率:60 〜内核电压:2.8V I/O 电压:3.3V 制造工艺:0.35 晶体菅数目:450 心片面积:128mm 缓存容量:32KB 指令内置:x 86体指令集接口类型:Socket指令集、x8l Pen年-233MHz66MHzp m万个2L1 Cache指令集、x786 t86译码器、i u译码器、.80m M80位浮点单元、MX位浮点单元、分支预测功M MX多媒Pent i u m M MX 有 16 KB 数据缓存、 1 6 KB 指令缓存和4路写缓存，并增加了从Pentium Pro而来的分支预测单元和从Cyrix 6x86而来的返回堆栈技术。
新增的57条M MX指令用来处理音频、视频和图像数据，使C PU在多媒体应用上的能力大大增强。
1 0 .I nt el Pent i umH 代号:K l a m a t h （1 9 97 年上市）、Deschutes（1998 年上市）核心频率:233 〜333MHz（66MHz 外频）、350 〜450MHz（100MHz 外频）总线频率:66 〜100MHz 制造工艺:0.35（Klamath）/0.25（Deschutes）小 m 核心电压:2.8V（Klamath）/2.0V（Deschutes）晶体管数目:750万个芯片面积：130.9mm 2 缓存容量：32KB L1 Cache、512KB L2 Cache 接口类型：Slot 1 Pentium 皿是在Pentium Pro 的基础上将内置的L2 Cache 移出，与C PU焊在同一块电路板上，然后封装成卡匣形式而成。
外置L 2 C a c he的容量为5 1 2 KB,以C PU速度的-半运行。
1 1 .I nt el Cele r o n（赛扬）代号:Covington发布时间:1998 年核心频率:266 〜300MHz总线频率:66MHz制造工艺:0.25 m晶体菅数目:750万个芯片面积：153.9mm 2缓存容量：32KB L1 Cache接口类型：Slot 11 2 .I n t e l C e l e r o n M e n d o c i n o（新赛扬）代号:Mendocino发布时间:1998 年核心频率:300 〜533MHz总线频率:66MHz制造工艺:0.25 m晶体管数目:1900 万个芯片面积：153.9mm 2缓存容量：32KB L1 Cache、128KB L2 Cache接口类型：Slot 1 、Socket 370由丁具有和Pentium 皿一样的核心，所以Celeron 的浮点能力依然强劲,在游戏和3D图形处理方面与Pent i u m皿一样出色。
但没有了L 2 C a c he,C e l e r on的整数性能大打折扣，Celeron 266的整数运算能力甚至还不及Pentium MMX 233,在与K6-2 的争斗中一败涂地。
所以I n tel 乂加入了1 2 8 KB全速L 2 C a c he,此为新赛扬。
新赛扬只有128KB L2 Cache,虽然比起Pent i umU的5 1 2 KB少得多，但其性能并不比Pent i u m U差。
因为新赛扬的缓存速度与C PU核心频率相同，而Pent i u m H 的缓存速度只有C PU 核心频率的一半。
正因为如此，新赛扬不但具有同频Pent i u m II的高性能，并且具有很强的超频能力，部分300MHz Celeron A能超到令人吃惊的 5 0 4 M Hz甚至更高。
1 3 .I nt el Pent i umm代号:K a t m ai 、Copper mi ne发布时间：1999 年核心频率:450MHz以上总线频率：100 〜133MHzCPU核心电压:1.8V制造工艺：0.25(Katmai)/0.18(Coppermine) 小 m晶体管数目:950万个芯片面积：153.9mm 2缓存容量：32KB L1 Cache、512KB L2 Cache指令内置:MMX指令集和SSE指令集Pentium 用处理器增加了70条SSE指令，并具有惟一的处理器序列号。
