1.2.3　微型计算机硬件

微型计算机是以微处理器为核心，配以存储器、系统总线及I/O接口电路所组成的硬件。它是微型计算机运行一切程序软件必备的支持。

微型计算机的硬件结构如图1-2所示。从图1-2中我们可以看出，微型计算机由微处理器、内部存储器（包括ROM、RAM）、I/O（输入/输出）接口与I/O（输入/输出）设备组成。各功能部件之间通过系统总线有机地连接在一起。

图1-2　微型计算机的硬件结构

1. 微处理器

微处理器也称微处理机，它是微型计算机的核心部件，是一个大规模集成电路芯片，其上集成了运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件。有时为把大、中型计算机的CPU与微处理器区别开来，而称后者为MPU。所以微处理器本身不是计算机，而是微型计算机的控制和运算部分。不同型号的微型计算机，其性能优劣主要取决于其微处理器性能，微处理器由控制器、运算器和寄存器组3个主要部分组成。

1）控制器

控制器负责全机的控制工作，其作用是从存储器中取出指令，分析指令并发出由该指令规定的一系列操作命令，从而完成指令功能。控制器主要由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序信号发生器等部件构成。控制器是计算机的关键部件，其功能直接关系到计算机的性能。

2）运算器

运算器是完成算术和逻辑运算的部件，它以加法运算为核心，可完成加、减、乘、除四则运算和各种逻辑运算，新型微处理器中的运算器还可完成各种浮点运算。运算器的功能和速度是计算机的关键之一。

3）寄存器组

寄存器组是微处理器内部的若干个存储单元。用来存放参与运算的二进制数据及运算结果。一般可分为通用寄存器和专用寄存器，通用寄存器可供程序员编程使用，专用寄存器的作用是固定的，如堆栈指针、标志寄存器等。

2. 内部存储器

内部存储器（简称内存）是计算机的记忆部件。内存以存储单元为单位线性编址，微处理器按地址读/写存储单元中的内容，通常一个存储单元可存放8位二进制数（一字节）。计算机程序只有存放到内存中才能被执行。内存可分为随机存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）两大类。

3. I/O接口与I/O设备

I/O设备是微型计算机与外界联系的设备，简称外设，它是微型计算机和用户或其他通信设备交流信息的桥梁。输入设备用于提供计算所需的数据和计算机执行的程序。常用输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等，输出设备用于输出计算机的处理结果，常用输出设备有显示器、打印机等。

微型计算机与I/O设备间的连接与信息交换不能直接进行，必须通过I/O接口将二者连接才可，I/O接口实质上是将I/O设备连接到总线上的一组逻辑电路的总称。

4. 系统总线

总线（Bus）是一组信号线的集合，是在计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通路，从物理结构来看，它由一组导线和相关的控制、驱动电路组成。

微型计算机采用了总线结构，微处理器通过总线实现读取指令，并通过总线与内存、I/O设备之间进行数据交换。

在微处理器、存储器、I/O接口之间传输信息的总线统称为系统总线。系统总线包括地址总线（Address Bus，AB）、数据总线（Data Bus，DB）和控制总线（Control Bus，CB）三部分。数据总线用于传输微处理器与内存或外存之间的数据（Data）信息，进行双向传递信息；地址总线用于传送微处理器发出的地址信息，以指明与微处理器交换信息的内存单元或I/O设备，进行单向传递信息；控制总线用于传送控制信号、时序信号和状态信号等。系统总线的工作由总线控制逻辑负责指挥。