1.5 微型計算機系統

1.5.1 微型計算機系統的組成

計算機硬件（Hardware）是指計算機系統中看得見、摸得著的物理實體，是組成一個計算機系統的物質基礎。硬件系統的基本功能是，能夠執行預先設計好的在相應指令系統中的各種指令。

計算機硬件系統的結構如圖1-11所示，由存儲器、控制器、運算器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。控制器和運算器合在一起稱為CPU（中央處理器）。（內）存儲器和中央處理器合在一起稱為主機。在計算機硬件系統中不屬于主機的設備都屬于外部設備，或叫做外圍設備，簡稱外設。主機和外設合在一起構成了計算機系統。通常，將一個僅由硬件組成的計算機稱為“裸機”。

微型計算機的基本硬件結構也是由上述五部分組成的。

用大規模集成電路技術把運算器和控制器集成在一起，就構成了微型計算機的核心——微處理器，再配以大規模集成電路的主存儲器芯片，通過接口電路將輸入及輸出設備連接起來，就組成了微型計算機的硬件系統，其結構如圖1-12所示。

一個完整的微型計算機系統由硬件系統和軟件系統組成，如圖1-13所示。微型計算機的基本硬件配置包括主機、鍵盤、磁盤驅動器、顯示器等，軟件配置包括操作系統、計算機語言、應用軟件等。

微型計算機軟件、硬件之間的關系是：

① 硬件是軟件的物質基礎。硬件是組成一個計算機的物質基礎。任何軟件都是建立在硬件基礎之上的，離開硬件，軟件不可能工作。

② 軟件是硬件功能的擴充和完善。沒有軟件，硬件是廢物一堆，有了軟件，硬件才能正常運行并提高效率。軟件是在硬件基礎之上對硬件性能的擴充和完善。如果說硬件提供了使用工具，那么軟件就為人們提供了使用的方法和手段，從而使人們不必了解機器本身就可以使用電子計算機，這就有利于計算機的推廣和普及。

③ 軟件和硬件的融合與轉化。在微型計算機系統中，很多功能無法明確地說，哪些必須由軟件來完成，哪些必須由硬件來完成。事實上，軟件和硬件的界面是浮動的，某些計算機系統的功能既可以由硬件實現，也可以由軟件實現，兩者之間不存在一條固定不變的界限。某種系統功能如果用硬件實現，一般速度較快，但價格較高；如果用軟件實現則價格較低，且較靈活，但速度可能會降低。總之，軟件和硬件之間具有融合性和轉化性，在邏輯上是等價的。

1.5.2 微型計算機的基本結構

微型計算機的基本結構是由微處理器、存儲器和I/O接口芯片，通過三條總線連接而成的。微型計算機結構上的最大的特點就是總線結構。所謂總線（BUS），是微型計算機中傳送信息的一組通信線，它聯系著多個信號源和多個接收部件，信號可以從多個信號源中的任意一個傳遞到接收部件中的任何一個。也就是說，構成微計算機的CPU、存儲器、I/O接口都以平等的身份掛在總線上，它們按時間輪流使用總線，稱為分時復用。所以，總線就像人體的神經一樣牽動著全身，溝通著微型計算機的各個部分。

微型計算機的總線有三種：地址總線（Address Bus）、數據總線（Data Bus）和控制總線（Control Bus），分別為AB、DB和CB。

1．地址總線AB

地址總線是用于傳遞存儲單元或I/O端口地址信息的一組信號線。地址線由CPU發出（除DMA方式外），對存儲單元和I/O端口（外部設備）進行尋址，所以它是單向并行傳遞的。8位微處理器通常有16根地址線，記為A0～A15，能尋址的存儲單元為：216=65536=64K；能對I/O端口尋址為：28=256個。

2．數據總線DB

數據總線用于傳送數據信息。對于8位微處理器，數據總線是8根，記為DB0～DB7，數據的傳送可從CPU向存儲器和I/O接口輸出數據，有時又可由存儲器和I/O接口向CPU輸入數據。因此數據總線是雙向并行傳送信息的。

3．控制總線CB

控制總線用于傳送各種控制命令，如定時脈沖、存儲器和I/O接口的讀/寫控制、中斷請求等。控制總線中的每一條控制線傳送一種控制信號，因此是單向傳送的。

各種標準的微處理器，原則上都有相同功能的數據總線和地址總線，它們的差別主要體現在控制總線上。正是由于控制總線具體特性的差異，使我們在使用接口芯片時，要考慮與微處理器是否兼容的問題。