微型计算机系统概述文章目录微型计算机系统概述1 微处理器与微型计算机的发展及应用1.1 微处理器的发展1.2 微型计算机的应用2 微型计算机系统的组成3 微型计算机的典型结构及工作原理3.1 微机硬件系统连接3.2 存储器组织3.3 微处理器组织3.4 微机工作过程参考资料1 微处理器与微型计算机的发展及应用微处理器Microprocessor缩写μ P \mu PμP一般指的是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件Central Processing Unit俗称 CPU 。微型计算机Microcomputer缩写μ C \mu CμC属于硬件裸机它以微处理器为基础由微处理器、存储器、输入/输出I/O接口电路以及用于各部件互连的系统总线共同构成。1.1 微处理器的发展年份型号位数关键特性197140044位世界首款微处理器197280088位组成MCS-8只做基本算术197380808位第一个现代8位CPU寻址64KB1978808616位内外皆16位寻址1MB19798088准16位外部总线8位IBM-PC选用19828028616位24位地址总线(16MB)实/保护模式CISC确立19858038632位内外皆32位支持GUI/多任务19898048632位首个L1缓存(8KB)流水线FPU1993Pentium64位总线超标量、双流水线、分支预测、RISC技术Pentium之后还发展出了其他型号例如Pentium Pro、Pentium D、Core i3等感兴趣的可以自行了解在此不做赘述。1.2 微型计算机的应用微型计算机具有功能强、产量大、体积小、价格便宜、性能可靠、适应性强等特点其应用已渗透到国民经济的各个领域。主要是在科学与工程计算、数据处理和信息加工、实时控制、计算机辅助设计、智能模拟等方面。2 微型计算机系统的组成微型计算机系统Microcomputer System缩写μ C S \mu CSμCS由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是指构成微机系统的物理实体包括微型计算机、外围设备和电源。如果把上述各部件集成到一块芯片上由这块芯片构成一台计算机则称之为单片计算机如果把这些部件安装在一块印制电路板上组成一台计算机则称之为单板计算机如果把处理器、存储器、I/O接口电路等部件安装在不同的印制电路板上则称之为多板计算机。软件系统是微机所使用的各种软件的集合包括系统软件、各种程序设计语言、应用软件和数据库等。系统软件中最为典型的是操作系统其作用是管理整个微机、提供人机接口以及充分发挥机器效率。程序设计语言包括机器语言、汇编语言和高级语言。应用程序是系统用户为解决特定问题而设计或购买的程序。微机需要处理大量数据、建立大量表格对这些数据和表格按照一定形式组织起来则建立了数据库。3 微型计算机的典型结构及工作原理3.1 微机硬件系统连接微机的核心部件CPU是靠3组总线把存储器和I/O接口连接起来的如图1-1所示。图1-1 微机硬件系统连接图总线是用于进行信息传递的公共信号线包括数据总线、地址总线和控制总线。微处理器、存储器和所有I/O设备之间的信息交换都通过总线进行。数据总线DBData Bus用于传送数据信息其位数与处理器字长相等例如8位微机的数据总线有8条。地址总线ABAddress Bus用于传送地址信息是微处理器用来寻址存储单元或I/O接口的总线其位数决定微处理器可寻址的存储器容量范围。例如地址总线位数是16则可寻址的存储器容量范围是2 16 2^{16}216字节。控制总线CBControl Bus控制总线是系统中控制信号的传输线其中有微处理器送往存储器和外围设备的输出控制信号如读、写、访问请求信号等也有外设通过接口反馈给微处理器的输入控制信号如中断信号、总线请求信号、等待信号等。上述地址线、数据线和控制线是计算机系统内各功能模块如 CPU、内存、I/O 接口等之间相互连接的总线称系统总线又称板间总线或片内总线。3.2 存储器组织存储器用来存放数据和程序。程序是计算机操作的依据数据是计算机操作的对象它们都用二进制代码的形式表示存放在存储器中。存储器由存储体、地址寄存器、地址译码器、数据缓冲器以及控制电路组成存储器结构如图1-2所示。图1-2 存储器结构图存储器由多个存储单元组成每个存储单元存放一个数据或一条指令。每个存储单元有唯一的编址可以是按字编址或按字节编址微机通常是按字节编址每个存储单元宽度为1个字节即8位。如图1-2所示当 CPU 要对存储器进行读操作时 CPU 通过 16 条地址总线将存储单元的地址送入地址寄存器再经地址译码器译码后寻找到指定的存储单元。CPU 再发来读信号 RD将其中存放的位数据读出到数据缓冲器然后通过数据总线输入到 CPU 中。当 CPU 要对存储器进行写操作时除了和读操作一样由 CPU 发来 16 个地址信号从而寻找到指定的存储单元外 CPU 还通过数据总线把要写入的 8 位数据送到数据缓冲器在写信号 WR 作用下把数据写入到所指定的存储单元。要注意的是写入操作破坏了该单元原来存储的内容即由新内容代替了原来存储的内容。3.3 微处理器组织一个典型的 8 位微处理器的内部结构如图1-3所示。它主要由寄存器组、运算器、控制部件以及数据和地址缓冲器组成各部件由片内总线相连接。图1-3 微处理器内部结构图3.4 微机工作过程编程序时需要知道计算机提供的指令。每类 CPU 都有自己的指令系统它包括计算机所能识别和执行的全部指令通常有几十到上百条。指令一般由操作码和操作数或操作数地址两部分组成操作码指明指令要完成什么类型操作例如数的传送、加等操作数即是操作对象为了帮助记忆用助记符来代表操作码如 Z80CPU 中数的传送用LD加法用 ADD暂停用 HALT。微机的工作过程就是执行程序的过程。执行程序的过程就是周而复始地从存储器取出指令、分析指令译码和执行指令的过程。参考资料[1] 许立梓. 微型计算机原理及应用[M]. 北京: 机械工业出版社.文中图片均摘录自[1]仅用于学习交流如侵权请联系删除.