微型计算机的组成部分介绍

微型计算机系统从全局到局部存在三个层次：微型计算机系统、微型计算机、微处理器(CPU)。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的信息处理系统，才具有实用意义。一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统由运算器、控制器、存储器( 含内存、外存和缓存)、各种输入输出设备组成，采用“ 指令驱动”方式工作。

微型计算机软件系统可分为系统软件和应用软件。系统软件是指管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件)的软件。它主要包括：操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统以及各种工具软件等。其中操作系统是系统软件的核心，用户只有通过操作系统才能完成对计算机的各种操作。应用软件是为某种应用目的而编制的计算机程序，如文字处理软件、图形图像处理软件、网络通信软件、财务管理软件、CAD软件、各种程序包等。

在微型计算机的五个组成部分(运算器、控制器、存储器和输入、输出设备) 中，运算器和控制器是核心部分，由它们所构成的运算和控制中心被称为微处理器(Microprocessor) 或中央处理单元(Central Processing Unit ，CPU)。存储器用于存放程序指令和数据，可分为只读存储器(Read-Only Memory ，ROM)和随机存取存储器(Random-Access Memory ， RAM)两大类。输入/输出(I/O)设备因其电压、电流和数据传输速度等与微处理器不匹配，而必须通过输入/输出接口(I/O 接口)才能与微处理器相连。本节将介绍微型计算机系统的层次关系和体系结构及微型计算机各组成部分的功能和相关基础知识。

微型计算机系统的层次关系和体系结构

微处理器、存储器和 I/O 接口需要通过总线连接在一起， 总线按功能可以分为三类： ①地址总线(Address Bus ，AB)，负责传输存储单元的地址信息， 微处理器通过地址信息才 能找到存储单元或 I/O 接口;②数据总线(Data Bus，DB)，负责在 CPU 和存储器(或 I/O 接口)之间传输数据;③控制总线(Control Bus ，CB)，用于传输微处理器的控制信号， 如确定数据总线上的数据流向(数据由微处理器流向存储器或 I/O 接口时，被视为输出数据， 即 CPU 执行“写”操作; 反之，被视为输入数据，即 CPU 执行“读”操作)。

微型计算机系统的层次关系

图 1-1 给出了微型计算机的组成结构图， 图 1-2 给出了微型计算机系统的层次关系，由这两个图可知，仅有微处理器无法构成微型计算机，而没有软件支持的微型计算机硬件也无法工作，只有软件和硬件配合构成的微型计算机系统才能为人所用。

图 1-1 微型计算机的组成结构

图 1-2 微型计算机系统的层次关系

在 PC 系统中，运算器和控制器集成在一片芯片上，被称为微处理器芯片，其外形如图1-3 所示。而单片机是将微处理器、存储器和 I/O 接口集成在一片芯片上的单片型微型计算 机，简称为单片机(Single-chip Computer)，其外形如图 1-4 所示。

图 1-3 Intel 公司的微处理器芯片

a) Intel 4004 b) Intel 80286 c) Intel 80386

图 1-4 单片机芯片

a) AT89C51 b) AT89C52 c) MSP430

作为半导体芯片，微处理器芯片和单片机芯片均利用引脚与其他电路或芯片相连，其引脚按功能可以分为供电引脚、传输数据的引脚、传输地址的引脚、传输控制信号的引脚和其他辅助功能引脚，其中传输数据(Data)、地址(Address)和控制(Control)信号的引脚被 称为总线(BUS)。

图 1-5 给出了PC 系统和单片机系统的外观图。 PC 系统的特点是功能丰富、用途广、价格高，属于通用型微型计算机，其核心是集成了运算器和控制器的微处理器芯片，而存储器 和 I/O 接口被放置在多块不同的印制电路板上。与通用型微型计算机不同，单片机功能简单、用途单一、价格便宜，属于专用型微型计算机，常被用作控制系统的控制器，因此也被称为微控制器(Microcontroller Unit，MCU)。

图 1-5 PC 系统与单片机系统的外观图

a) PC 系统 b) 单片机系统