微型计算机的组成
微型计算机以微处理器为核心，其一大特点是采用总线结构，其中三总线结构尤为普遍，如图1-1所示。MPU（微处理器）是通过AB（地址总线）、DB（数据总线）和CB（控制总线）这三总线与ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）及I/O（输入/输出）接口相连的。在分析微型计算机基本工作原理前，先对各部件进行介绍。1．存储器
存储器又称内存或主存，是计算机的存储部件，用来存放程序和数据(原始数据、中间结果及最后结果)。微型计算机内存由半导体存储器ROM和RAM组成，它们都是采用大规模或超大规模集成电路工艺制成的存储器芯片，具有体积小、重量轻、集成度高等特点。
只读存储器ROM（Read Only Memory）是一种在正常工作时只读不能写的存储器，利用特殊手段将固定程序和常数写入ROM，一旦写入便能长期保存(断电也不丢失)，需要时即可读出使用。ROM通常用来存放不变的程序，如基本I/O程序、监控程序、汇编程序、高级语言/解释程序等，还存储各种常用数据和表格。ROM的种类很多，按照编程方式，只读存储器ROM分为掩模ROM、可编程ROM、可擦除EPROM、电擦除E2PROM和闪速存储器Flash PEROM。Flash PEROM可以在线写入（自动擦除），并且可以按页连续字节写入，读出速度也很快。
随机存取存储器RAM（Random Access Memory）是一种在正常工作时既能读又能写的存储器．用来存放用户要运行的程序及运行程序所需的原始数据、中间结果、最终结果以及实时数据等。RAM中存储的信息不能长久保存，停电后便立即消失，因此又称为易失性或易挥发性存储器。RAM存储器的规格品种也很多，如4KB、8KB、32KB、64KB、256KSB、l MB等等。按照存储电路的不同，随机存取存储器RAM又可分为动态RAM（DRAM）、静态RAM（SRAM）。DRAM芯片以MOS管栅极电容是否充有电荷来存储逻辑1或0信息，需要外接刷新电路来周期性地对其电荷进行刷新以维持它所代表的数据。SRAM芯片以触发器来存储逻辑1或0信息，无需刷新电路。SRAM比DRAM集成度低、成本高、速度快。SRAM和DRAM均为易失性存储器。
ROM和RAM的主要区别在于：一是断电后ROM内的信息不丢失，而RAM中的信息立即消失；二是读／写方式不同，ROM采用特殊方式写入信息，信息写入后只能读，而RAM既能读又能写。
ROM和RAM存储器芯片上的引线通常分为四组：地址线用于向存储器输送地址码；数据线是双向的，传送对芯片中某一单元进行读／写操作的数据；控制线用于传送控制信号，控制操作是进行读还是进行写等等；电源线供给芯片＋5V直流电源。其中地址线及数据线的引脚数与芯片的存储容量有关。
地址线越多，存储容量就越大；数据线越多，每个单元中存储的二进制数的位数就越长。例如，地址线为n条的存储器芯片的存储容量为 个单元，数据线的条数m为每个单元能存储的二进制数的位数，则存储器芯片的存储容量为2n×mbit，即：
存储容量=2地址线的条数×数据线的条数（bit）
如一个存储器有16条地址线和8条数据线，它的16位地址可得到216个地址编码，可寻址216个单元，即存储容量为216个单元，每个单元8位，则存储容量为216×8bit。
2．微处理器（MPU）
微处理器MPU是微型计算机的运算和指挥控制中心，其性能决定了微型计算机的性能。虽然各种微处理器性能和内部结构有差异，指令系统也不同，但它们的基本组成相同，都包含有控制器、运算器和内部总线。微处理器与存储器之间的结构可参照图1-2。
（1）运算器
运算器在控制器的控制下对二进制数进行算术运算或逻辑操作。运算器由算术逻辑单元删、累加器A、通用寄存器PS、暂存器TMP和程序状态字PSW等五部分组成。
①算术逻辑单元ALU： ALU是运算器的核心，它以全加器为基础，并辅以移位和控制逻辑组合而成，在控制信号的控制下，可进行加减乘除等算术运算和各种逻辑运算。
②累加器A：A是由触发器组成的移位寄存器，在运算前存放一个操作数，运算后存放运算结果。
③暂存器TMP：TMP也是一个寄存器，用于暂存另一操作数。
④程序状态字PSW：PSW由8位触发器组成，存放ALU操作过程中形成的状态。例如：累加器A中的运算结果是否为零，最高位是否有进位或借位，低4位向高4位是否有进位或借位等等，都在PSW中相应位上进行标志。
⑤通用寄存器PS：PS用于存放操作数或运算结果。
在运算前，将运算所需操作数送入累加器和暂存器，由控制信号控制ALU进行运算，把运算结果存放到累加器A，并根据运算结果设置程序状态字PSW状态位的值。
（2）控制器
控制器是发布操作命令的机构，是计算机的指挥中心，相当于人脑的神经中枢，控制计算机的各部分协调工作，用于自动执行程序。控制器由指令部件、时序部件和微操作控制部件等三部分组成。
①指令部件：指令部件是用来读取指令、分析指令和为完成指令产生控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。通常，指令部件由程序计数器PC、指令寄存器IR和指令译码器ID等三部分组成。
②时序部件：时序部件由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号。时钟系统产生机器的时钟脉冲序列，脉冲分配器又称节拍发生器，用于产生节拍电位和节拍脉冲。
③微操作控制部件 微操作控制部件为指令译码器m的输出信号配上节拍电位和节拍脉冲，也可和外部进来的控制信号组合，共同形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。
计算机的工作就是执行程序。要执行一个程序必须将该程序放入内存，而程序是若干指令的有序排列，要执行程序只要从第一条指令开始，逐条读取指令、分析指令、执行指令直至执行到停机指令即完成程序。要从内存中读取指令，必须给出内存单元的地址，这就需要有一个专门的寄存器用来存放将要执行指令的内存地址，这个寄存器就是程序计数器PC。当计算机根据PC中地址取出要执行指令的一个字节后，PC就自动加1，指向指令的下一字节，为机器下次读取指令做好准备。
指令寄存器IR用来存放从存储器中取出的当前要执行指令的指令码。该指令码在IR中得到寄存和缓冲后被送到指令译码器ID中译码，经译码后就知道该指令所要进行的操作，并在时序部件和微操作控制部件的作用下控制相应部件进行操作，执行指令。
3．I/O接口和外设
I/O接口是架设在微处理器和外设间的桥梁，是一种过渡的大规模集成电路芯片。由于大多数外设都是机电型的，工作速度较慢，因此微处理器MPU通常不能和它们直接相连，而是通过I/O接口和外设相连，以便实现速度、电平和信号性质的匹配。
4．地址总线、数据总线和控制总线
总线是在微型计算机各部分之间传送信息的公共通道，也是沟通微型计算机各种器件的桥梁。
（1）地址总线AB
地址总线AB用来传送MPU发出的地址码，是单向总线。当微处理器MPU对存储器或外部设备进行读写操作时，首先要把存储单元或外设的地址码送到地址总线上选中它，然后进行读写。地址总线条数由MPU型号决定，在大部分8位机中，地址总线通常为16条。
（2）数据总线DB
数据总线DB用来传送数据和指令码，是双向总线。通过DB，MPU可将数据写入存储器或向外设输出数据，也可从存储器或输入设备输入数据。数据总线条数常和所用微处理器字长相等，但也有内部为16位运算而外部仍为8位数据总线的情况。8位机中数据总线通常有8条。
（3）控制总线CB
控制总线CB用来传送MPU发出的控制信号、存储器或外设的状态信号和时序信号等。每根控制总线的信息传送方向是固定的、单向的，而控制总线作为整体为双向的，如图所示。控制总线的条数因机器而异，每条控制线最多传送两个控制信号。
微型计算机采用总线结构，使得它能够十分方便地实现存储器的扩充及I/O接口板的增加和减少。
编辑：admin 最后修改时间：2018-05-08
