微型計算機的組成
微型計算機以微處理器為核心，其一大特點是采用總線結構，其中三總線結構尤為普遍，如圖1-1所示。MPU（微處理器）是通過AB（地址總線）、DB（數據總線）和CB（控制總線）這三總線與ROM（只讀存儲器）和RAM（隨機存儲器）及I/O（輸入/輸出）接口相連的。在分析微型計算機基本工作原理前，先對各部件進行介紹。1．存儲器
存儲器又稱內存或主存，是計算機的存儲部件，用來存放程序和數據(原始數據、中間結果及最后結果)。微型計算機內存由半導體存儲器ROM和RAM組成，它們都是采用大規模或超大規模集成電路工藝制成的存儲器芯片，具有體積小、重量輕、集成度高等特點。
只讀存儲器ROM（Read Only Memory）是一種在正常工作時只讀不能寫的存儲器，利用特殊手段將固定程序和常數寫入ROM，一旦寫入便能長期保存(斷電也不丟失)，需要時即可讀出使用。ROM通常用來存放不變的程序，如基本I/O程序、監控程序、匯編程序、高級語言/解釋程序等，還存儲各種常用數據和表格。ROM的種類很多，按照編程方式，只讀存儲器ROM分為掩模ROM、可編程ROM、可擦除EPROM、電擦除E2PROM和閃速存儲器Flash PEROM。Flash PEROM可以在線寫入（自動擦除），并且可以按頁連續字節寫入，讀出速度也很快。
隨機存取存儲器RAM（Random Access Memory）是一種在正常工作時既能讀又能寫的存儲器．用來存放用戶要運行的程序及運行程序所需的原始數據、中間結果、最終結果以及實時數據等。RAM中存儲的信息不能長久保存，停電后便立即消失，因此又稱為易失性或易揮發性存儲器。RAM存儲器的規格品種也很多，如4KB、8KB、32KB、64KB、256KSB、l MB等等。按照存儲電路的不同，隨機存取存儲器RAM又可分為動態RAM（DRAM）、靜態RAM（SRAM）。DRAM芯片以MOS管柵極電容是否充有電荷來存儲邏輯1或0信息，需要外接刷新電路來周期性地對其電荷進行刷新以維持它所代表的數據。SRAM芯片以觸發器來存儲邏輯1或0信息，無需刷新電路。SRAM比DRAM集成度低、成本高、速度快。SRAM和DRAM均為易失性存儲器。
ROM和RAM的主要區別在于：一是斷電后ROM內的信息不丟失，而RAM中的信息立即消失；二是讀／寫方式不同，ROM采用特殊方式寫入信息，信息寫入后只能讀，而RAM既能讀又能寫。
ROM和RAM存儲器芯片上的引線通常分為四組：地址線用于向存儲器輸送地址碼；數據線是雙向的，傳送對芯片中某一單元進行讀／寫操作的數據；控制線用于傳送控制信號，控制操作是進行讀還是進行寫等等；電源線供給芯片＋5V直流電源。其中地址線及數據線的引腳數與芯片的存儲容量有關。
地址線越多，存儲容量就越大；數據線越多，每個單元中存儲的二進制數的位數就越長。例如，地址線為n條的存儲器芯片的存儲容量為 個單元，數據線的條數m為每個單元能存儲的二進制數的位數，則存儲器芯片的存儲容量為2n×mbit，即：
存儲容量=2地址線的條數×數據線的條數（bit）
如一個存儲器有16條地址線和8條數據線，它的16位地址可得到216個地址編碼，可尋址216個單元，即存儲容量為216個單元，每個單元8位，則存儲容量為216×8bit。
2．微處理器（MPU）
微處理器MPU是微型計算機的運算和指揮控制中心，其性能決定了微型計算機的性能。雖然各種微處理器性能和內部結構有差異，指令系統也不同，但它們的基本組成相同，都包含有控制器、運算器和內部總線。微處理器與存儲器之間的結構可參照圖1-2。
（1）運算器
運算器在控制器的控制下對二進制數進行算術運算或邏輯操作。運算器由算術邏輯單元刪、累加器A、通用寄存器PS、暫存器TMP和程序狀態字PSW等五部分組成。
①算術邏輯單元ALU： ALU是運算器的核心，它以全加器為基礎，并輔以移位和控制邏輯組合而成，在控制信號的控制下，可進行加減乘除等算術運算和各種邏輯運算。
②累加器A：A是由觸發器組成的移位寄存器，在運算前存放一個操作數，運算后存放運算結果。
③暫存器TMP：TMP也是一個寄存器，用于暫存另一操作數。
④程序狀態字PSW：PSW由8位觸發器組成，存放ALU操作過程中形成的狀態。例如：累加器A中的運算結果是否為零，最高位是否有進位或借位，低4位向高4位是否有進位或借位等等，都在PSW中相應位上進行標志。
⑤通用寄存器PS：PS用于存放操作數或運算結果。
在運算前，將運算所需操作數送入累加器和暫存器，由控制信號控制ALU進行運算，把運算結果存放到累加器A，并根據運算結果設置程序狀態字PSW狀態位的值。
（2）控制器
控制器是發布操作命令的機構，是計算機的指揮中心，相當于人腦的神經中樞，控制計算機的各部分協調工作，用于自動執行程序。控制器由指令部件、時序部件和微操作控制部件等三部分組成。
①指令部件：指令部件是用來讀取指令、分析指令和為完成指令產生控制信號的邏輯部件，也是控制器的核心。通常，指令部件由程序計數器PC、指令寄存器IR和指令譯碼器ID等三部分組成。
②時序部件：時序部件由時鐘系統和脈沖分配器組成，用于產生微操作控制部件所需的定時脈沖信號。時鐘系統產生機器的時鐘脈沖序列，脈沖分配器又稱節拍發生器，用于產生節拍電位和節拍脈沖。
③微操作控制部件 微操作控制部件為指令譯碼器m的輸出信號配上節拍電位和節拍脈沖，也可和外部進來的控制信號組合，共同形成相應的微操作控制序列，以完成規定的操作。
計算機的工作就是執行程序。要執行一個程序必須將該程序放入內存，而程序是若干指令的有序排列，要執行程序只要從第一條指令開始，逐條讀取指令、分析指令、執行指令直至執行到停機指令即完成程序。要從內存中讀取指令，必須給出內存單元的地址，這就需要有一個專門的寄存器用來存放將要執行指令的內存地址，這個寄存器就是程序計數器PC。當計算機根據PC中地址取出要執行指令的一個字節后，PC就自動加1，指向指令的下一字節，為機器下次讀取指令做好準備。
指令寄存器IR用來存放從存儲器中取出的當前要執行指令的指令碼。該指令碼在IR中得到寄存和緩沖后被送到指令譯碼器ID中譯碼，經譯碼后就知道該指令所要進行的操作，并在時序部件和微操作控制部件的作用下控制相應部件進行操作，執行指令。
3．I/O接口和外設
I/O接口是架設在微處理器和外設間的橋梁，是一種過渡的大規模集成電路芯片。由于大多數外設都是機電型的，工作速度較慢，因此微處理器MPU通常不能和它們直接相連，而是通過I/O接口和外設相連，以便實現速度、電平和信號性質的匹配。
4．地址總線、數據總線和控制總線
總線是在微型計算機各部分之間傳送信息的公共通道，也是溝通微型計算機各種器件的橋梁。
（1）地址總線AB
地址總線AB用來傳送MPU發出的地址碼，是單向總線。當微處理器MPU對存儲器或外部設備進行讀寫操作時，首先要把存儲單元或外設的地址碼送到地址總線上選中它，然后進行讀寫。地址總線條數由MPU型號決定，在大部分8位機中，地址總線通常為16條。
（2）數據總線DB
數據總線DB用來傳送數據和指令碼，是雙向總線。通過DB，MPU可將數據寫入存儲器或向外設輸出數據，也可從存儲器或輸入設備輸入數據。數據總線條數常和所用微處理器字長相等，但也有內部為16位運算而外部仍為8位數據總線的情況。8位機中數據總線通常有8條。
（3）控制總線CB
控制總線CB用來傳送MPU發出的控制信號、存儲器或外設的狀態信號和時序信號等。每根控制總線的信息傳送方向是固定的、單向的，而控制總線作為整體為雙向的，如圖所示。控制總線的條數因機器而異，每條控制線最多傳送兩個控制信號。
微型計算機采用總線結構，使得它能夠十分方便地實現存儲器的擴充及I/O接口板的增加和減少。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
