計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程論文

1、桂林航天工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程論文課程名稱 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 開(kāi)課學(xué)期 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 微型計(jì)算機(jī)與中國(guó)本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，大致了解了一些微型計(jì)算機(jī)的基本原理，包括微機(jī)處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定義、微處理器的發(fā)展概況，以及微機(jī)處理器的分類(lèi)。接下來(lái)我們就談一談微型計(jì)算機(jī)（或單片機(jī)）在中國(guó)的“前世今生”與未來(lái)。 一計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng) 1. 計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展：計(jì)算機(jī)的程序是由一系列的指令組成的,指令就是要計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。從計(jì)算機(jī)組成的層次結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō), 計(jì)算機(jī)的指令有微指令、機(jī)器指令和宏指令之分。指令系統(tǒng)是指:

2、60;一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合, 它是表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)性能的重要因素, 其格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu), 也直接影響到系統(tǒng)軟件, 影響到機(jī)器的適用范圍。指令系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演變過(guò)程, 20 世紀(jì)50 年代: 指令系統(tǒng)只有定點(diǎn)加減、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令; 20 世紀(jì)60 年代后期: 增加了乘除運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)算、字符串處理等指令,指令數(shù)目多達(dá)一二百條, 尋址方式也趨多樣化;20 世紀(jì)70 年

3、代末期:大多數(shù)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)多達(dá)幾百條。我們稱這些計(jì)算機(jī)為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(CISC)。但是如此龐大的指令系統(tǒng)難以保證正確性, 不易調(diào)試維護(hù), 造成硬件資源浪費(fèi)。為此人們又提出了便于VLSI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)( RISC) 。指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)最基本的特征。早期,人們采用微程序設(shè)計(jì)技術(shù)讓指令系統(tǒng)變得日趨復(fù)雜, 后來(lái)逐漸認(rèn)識(shí)到這種復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(CISC)并不能很好的提高系統(tǒng)性能,于是設(shè)計(jì)師們提出了精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(RISC)體系結(jié)構(gòu),并在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了CPU。隨著RISC 微處理器迅速發(fā)展,&#

4、160;人們又發(fā)現(xiàn)RISC 指令系統(tǒng)并不能充分實(shí)現(xiàn)指令級(jí)并行處理,從而影響了計(jì)算機(jī)性能的進(jìn)一步提高,又出現(xiàn)了超長(zhǎng)指令字(VLIW)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)。2. 計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的研究：指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介在計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展過(guò)程中, 出現(xiàn)過(guò)兩個(gè)截然不同的優(yōu)化方向: CISC 技術(shù)和RISC 技術(shù)。CISC 是指復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(Complex Instruction Super Computer); RISC是指精減指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(Reduced Instruction Su

5、per Computer)。這里的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)指的是計(jì)算機(jī)的最低層的機(jī)器指令, 也就是CPU 能夠直接識(shí)別的指令。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜, 要求計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的構(gòu)造能使計(jì)算機(jī)的整體性能更快更穩(wěn)定。最初, 人們采用的優(yōu)化方法是通過(guò)設(shè)置一些功能復(fù)雜的指令, 把一些原來(lái)由軟件實(shí)現(xiàn)的、常用的功能改用硬件的指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn), 以此來(lái)提高計(jì)算機(jī)的執(zhí)行速度, 這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就被稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī), 即plex InstructionSet puter, 簡(jiǎn)稱CISC。另一種優(yōu)化方法是在20 

6、;世紀(jì)80 年代才發(fā)展起來(lái)的, 其基本思想是盡量簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)指令功能, 只保留那些功能簡(jiǎn)單、能在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)執(zhí)行完成的指令,而把較復(fù)雜的功能用一段子程序來(lái)實(shí)現(xiàn), 這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就被稱為精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。即Reduced Instruction Set puter, 簡(jiǎn)稱RISC。RISC 技術(shù)的精華就是通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)指令功能, 使指令的平均執(zhí)行周期減少, 從而提高計(jì)算機(jī)的工作主頻, 同時(shí)大量使用通用寄存器來(lái)提高子程序執(zhí)行的速度。3. RISC 的提出采用復(fù)雜

7、指令系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)有著較強(qiáng)的處理高級(jí)語(yǔ)言的能力. 這對(duì)提高計(jì)算機(jī)的性能是有益的。1979 年以帕特遜教授為首的一批科學(xué)家也開(kāi)始在美國(guó)加冊(cè)大學(xué)伯克萊分校開(kāi)展這一研究。結(jié)果表明, CISC 存在許多缺點(diǎn)。首先,在這種計(jì)算機(jī)中, 各種指令的使用率相差懸殊:一個(gè)典型程序的運(yùn)算過(guò)程所使用的80% 指令,只占一個(gè)處理器指令系統(tǒng)的20% , 事實(shí)上最頻繁使用的指令是取、存和加這些最簡(jiǎn)單的指令,這樣一來(lái), 長(zhǎng)期致力于復(fù)雜指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 實(shí)際上是在設(shè)計(jì)一種難得在實(shí)踐中用得上的指令系統(tǒng)的處理器。同時(shí), 復(fù)

8、雜的指令系統(tǒng)必然帶來(lái)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性, 這不但增加了設(shè)計(jì)的時(shí)間與成本還容易造成設(shè)計(jì)失誤。此外, 盡管VLSI 技術(shù)現(xiàn)在已達(dá)到很高的水平, 但也很難把CISC 的全部硬件做在一個(gè)芯片上, 這也妨礙單片計(jì)算機(jī)的發(fā)展, 在CISC 中, 許多復(fù)雜指令需要極復(fù)雜的操作, 這類(lèi)指令多數(shù)是某種高級(jí)語(yǔ)言的直接翻版, 因而通用性差. 由于采用二級(jí)的微碼執(zhí)行方式, 它也降低那些被頻繁調(diào)用的簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)的運(yùn)行速度。因而, 針對(duì)CISC 的這些弊病,帕特遜等人提出了精簡(jiǎn)指

9、令的設(shè)想即指令系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)只包含那些使用頻率很高的少量指令, 并提供一些必要的指令以支持操作系統(tǒng)和高級(jí)語(yǔ)言, 按照這個(gè)原則發(fā)展而成的計(jì)算機(jī)被稱為精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(Reduced Instruction Set *puter-當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展的主流是什么呢？國(guó)內(nèi)外比較一致的看法是RISC RISC是精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Super Computer）的英文縮寫(xiě)。所謂指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的操作命令的集合。程序最終要變成指令的序列，計(jì)算機(jī)能執(zhí)行。計(jì)算機(jī)都有自己的指令系統(tǒng)，對(duì)于本

10、機(jī)指令系統(tǒng)的指令，計(jì)算機(jī)能識(shí)別并執(zhí)行，識(shí)別就是進(jìn)行譯碼把代表操作的二進(jìn)制碼變成操作所對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，從而進(jìn)行指令要求的操作。一般講，計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)約豐富，它的功能也約強(qiáng)。RISC系統(tǒng)將指令系統(tǒng)精簡(jiǎn)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，目的在于減少指令的執(zhí)行時(shí)間，提高計(jì)算機(jī)的處理速度。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)一般都是每次取一條指令，而RISC系統(tǒng)采用多發(fā)射結(jié)構(gòu)，在同一時(shí)間發(fā)射多條指令，當(dāng)然這必須增加芯片上的執(zhí)行部件。 二迅速崛起的中國(guó)CPU 隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全和信息家電產(chǎn)品將越來(lái)越普及，而CPU正是所有這些信息產(chǎn)品中必不可少的部件。根據(jù)使用范圍的不同，CPU可分為通用CPU和嵌入式CPU。

11、通用CPU主要用作計(jì)算機(jī)（如PC等）的處理器，具有較強(qiáng)的通用性，要求有較強(qiáng)的運(yùn)算和處理能力、較大的存儲(chǔ)器尋址空間和較快的存儲(chǔ)速度。Intel公司的X86系列CPU是最具代表性的。而中國(guó)的CPU又處在一種怎么樣的發(fā)展形勢(shì)呢？下面我們介紹中國(guó)CPU的發(fā)展。CPU 微電子中國(guó)芯CPU是計(jì)算機(jī)的心臟，包括運(yùn)算部件和控制部件，是完成各種運(yùn)算和控制的核心，也是決定計(jì)算機(jī)性能的最重要的部件。CPU從最初發(fā)展至今已二十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長(zhǎng)，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及正在醞釀構(gòu)建的64位微處理器，可以說(shuō)個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著CPU

12、的發(fā)展而前進(jìn)的。 1、中國(guó)CPU的發(fā)展足跡在改革開(kāi)放二十幾載后，我們的綜合國(guó)力有了質(zhì)的飛躍，雖然現(xiàn)在仍然不能和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，但也已經(jīng)不再是緊巴巴的過(guò)日子了。我國(guó)的電腦產(chǎn)業(yè)也在市場(chǎng)和政策的雙重推動(dòng)下有了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是電腦產(chǎn)品制造業(yè)，廣東的深圳、東莞，江蘇的蘇州工業(yè)園以及上海地區(qū)形成了中國(guó)微電子（包括電腦產(chǎn)品的生產(chǎn)）產(chǎn)品生產(chǎn)的兩大基地。現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售的各種品牌的電腦產(chǎn)品有80以上都是上述地方生產(chǎn)的。電腦產(chǎn)品生產(chǎn)制造業(yè)在國(guó)內(nèi)迅速興起，在很大程度上推動(dòng)了電腦核心技術(shù)的研發(fā)（說(shuō)的專(zhuān)業(yè)一些就是計(jì)算機(jī)核心技術(shù)）。這其中最具突破性的成果就是國(guó)產(chǎn)民用處理器的研制功?！拔覈?guó)首枚實(shí)用化32位CPU

13、芯片，“方舟-1”7月8日在北京痛過(guò)專(zhuān)家鑒定。這一微電子與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重大突破，改寫(xiě)了我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)無(wú)“芯”的歷史。這是2001年7月11日人民日?qǐng)?bào)科教.經(jīng)濟(jì).文化版的報(bào)道。消息一經(jīng)公布，在當(dāng)時(shí)立刻掀起了非常大的波瀾，確切些說(shuō)是風(fēng)暴。不論是輿論還是普通民眾都將溢美之詞毫不保留的全部獻(xiàn)給了“方舟-1”處理器。作為中國(guó)人，這是非常值得驕傲的，盡管它僅僅是嵌入式處理器，盡管它的應(yīng)用范圍只在銀行、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，亦盡管它的性能連當(dāng)時(shí)的奔騰200MMX處理都無(wú)法相比。但無(wú)論如何，它是中國(guó)的，是屬于中國(guó)人自己的“芯”。同時(shí)也表明，中國(guó)將降低對(duì)外國(guó)CPU的依賴程度。當(dāng)然，他的性能無(wú)法與現(xiàn)在的Intel、AM

14、D的CPU生產(chǎn)大鱷相比，但“方舟-1”讓我們看到了希望。一種能夠用上“中國(guó)芯”的希望。“方舟-1”嵌入式處理器正式發(fā)布之后，“中國(guó)芯”就猶如雨后春筍般冒了出來(lái)。在2001年到2005年這短短的近4年時(shí)間里，先后就有“星光”、“漢芯、“龍芯”、“萬(wàn)通一號(hào)”、“眾志”等十幾款國(guó)產(chǎn)處理器發(fā)布，這種情形可以用欣欣向榮來(lái)形容。如此之多的國(guó)家CPU發(fā)布，雖然令國(guó)人為之振奮，為之驕傲。來(lái)看看這些年來(lái)國(guó)產(chǎn)CPU的發(fā)展歷程吧。星光一號(hào)：2001年3月問(wèn)世，是第一個(gè)打進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)的中國(guó)芯片。 星光二號(hào)：2002年5月問(wèn)世，是全球第一個(gè)音頻視頻同體的圖像處理芯片。星光三號(hào)：2002年9月問(wèn)世，是中國(guó)第一塊具

15、有CPU驅(qū)動(dòng)的圖像處理芯片。星光四號(hào)：2003年2月問(wèn)世，是中國(guó)第一塊移動(dòng)多媒體芯片。 星光五號(hào)：2003年6月中星微電子公司正式發(fā)布數(shù)字多媒體芯片 “星光五號(hào)”，并宣布“星光五號(hào)”已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，被國(guó)際知名品牌羅枝、惠普、創(chuàng)新科技、三星、富士通等大量應(yīng)用。隨著國(guó)際知名品牌大規(guī)模應(yīng)用“星光五號(hào)”，“星光”系列芯片在世界同類(lèi)芯片中已占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先的市場(chǎng)份額。這是中國(guó)芯片業(yè)的歷史性突破，標(biāo)志著中國(guó)芯片已經(jīng)在某些領(lǐng)域進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。北大眾志：2003年12月8日，北大眾志-863系列的CPU系統(tǒng)芯片由京大學(xué)微處理器研究開(kāi)發(fā)中心研制成功。北大眾志CPU系統(tǒng)芯片分別了采用0.25

16、微米和0.18微米的工藝流片。同時(shí)在內(nèi)部集成了32位定點(diǎn)微處理器、64位浮點(diǎn)協(xié)處理器，芯片規(guī)模達(dá)到800萬(wàn)晶體管，為我國(guó)最大規(guī)模的CPU系統(tǒng)芯片。湖南中芯：2003年10月23日，我國(guó)第一片具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字圖像與視頻壓縮編碼解碼芯片誕生。萬(wàn)通l號(hào)：2003年9月25日，可應(yīng)用于公共服務(wù)、企業(yè)用戶、校園網(wǎng)、政府機(jī)構(gòu)、家庭及個(gè)人用戶的芯片誕生。方舟1號(hào)：2001年7月8日，在中國(guó)專(zhuān)家的鑒定下正式發(fā)布。方舟2號(hào)：2003年8月11日，海淀區(qū)的電子政務(wù)領(lǐng)域正式推廣使用具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)芯片的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。S698：2003年5月，全國(guó)首家系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）設(shè)計(jì)平臺(tái)日前在哈工大微電子中心搭建

17、成功。神州龍芯：20O3年3月5日開(kāi)始收尾，是從去年推出的32位、266兆赫版本改進(jìn)而來(lái)，它針對(duì)的是嵌入系統(tǒng)市場(chǎng)。2、中國(guó)CPU面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)中國(guó)CPU還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能在民用市場(chǎng)爭(zhēng)得一席之地是我們不得不面對(duì)的事實(shí)。用在對(duì)處理器要求較低的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、銀行、交通監(jiān)控等領(lǐng)域，因?yàn)檫@些處理器的性能根本就無(wú)法與Intel和AMD的處理器在PC或服務(wù)器領(lǐng)域一爭(zhēng)雌雄。因此，其無(wú)法進(jìn)入主流也是必然的了。這部分市場(chǎng)是CPU市場(chǎng)利潤(rùn)最大的一部分。當(dāng)然，性能低的處理器在目前還是有它一定的市場(chǎng)的，就如前述應(yīng)用領(lǐng)域一樣。并且這部分市場(chǎng)在Intel和AMD、VIA的處理器研發(fā)大廠視線之外，所以這也是給國(guó)產(chǎn)處理器一個(gè)非常大商業(yè)

18、契機(jī)，并且隨著家電智能化、網(wǎng)絡(luò)化，這種性能較低，價(jià)格低廉的國(guó)產(chǎn)處理器的市場(chǎng)前景也還是不錯(cuò)的。但像你我這樣的普通市民什么時(shí)候能用上我們所說(shuō)的“中國(guó)芯”呢？對(duì)于中國(guó)CPU市場(chǎng)而言，中國(guó)CPU產(chǎn)業(yè)危機(jī)與希望同在，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。對(duì)于政府而言，應(yīng)借鑒世界各國(guó)反壟斷的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，盡快制定反壟斷法，目前要用好政府采購(gòu)法，進(jìn)一步規(guī)范招投標(biāo)，奉行“第二供應(yīng)商”原則，對(duì)此我們稱之為“規(guī)范促競(jìng)爭(zhēng)”。對(duì)于廠商而言，鼓勵(lì)大力進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，也要想辦法破解Wintel聯(lián)盟，因此積極發(fā)展Linux CPU和嵌入式CPU，建立以我為主的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也需擺上日程。對(duì)此，我們稱之為“創(chuàng)新促競(jìng)爭(zhēng)”。對(duì)于用戶而言，要積極倡導(dǎo)新一代CPU的TP