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1.5.1硬件组成

1 . 微型计算机的基本结构 微型计算机的硬件指有形的物理设备,是微型计算机系统中所有的实际物理装置的总称。

微型计算机的硬件系统主要包括:微处理器、主存储器/辅助存储器、接口电路、输入/输出设备、总线等。

把微处理器芯片、存储器芯片、输入/输出(I/O)接口芯片等部件通过一组通用的信号线内总线)连接在印制电路板上,称为主机。

主机的I/O接口通过一组通用的信号线(外总线)把外部设备(如键盘、显示器及必要的I/O装置)连接在一起,构成了微型计算机,如图1-18所示。

图1-18以总线形式构成的计算机硬件结构图

2 . 微处理器 微处理器是计算机的核心部件,如果把一台计算机比作一个加工厂,微处理器就是这个加工厂的总调度和核心加工车间。微处理器主要由运算器、控制器及通用寄存器组组成。

运算器用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算,运算器也称为执行单元。

控制器是指挥中心,主要功能是依次从存储器中取出指令代码进行译码,根据计算机指令的功能发出一系列操作命令,控制计算机各个部件自动、协调一致地工作。

寄存器组用来临时存放CPU当前运算所需的频繁使用的数据、地址及状态信息,以提高CPU的工作速度。

3.存储器 存储器具有记忆功能,用来存放数据和程序。

存储器可以分为两类:主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。

(1)主存储器(内存)

主存储器主要有随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两种。

随机存储器一般用来存放程序运行过程中的中间数据,计算机掉电时数据不再保存。只读存储器一般用来存放程序,计算机断电时信息不会丢失。

由于内存的存取速度快而容量相对较小,它直接与CPU相连接,受CPU直接控制。计算机中正在运行的程序与数据都必须存放在内存中。

(2)辅助存储器(外存)

辅助存储器存取速度慢但容量相对较大,具有永久记忆功能,它存放着计算机系统中几乎所有的信息。但外存中的信息必须调入内存才能被CPU使用。

外存主要由磁表面存储器(硬盘)、闪存(U盘)和光盘存储器等设备组成。常用的硬盘容量大(可达160GB以上),存取速度相对较快,是目前最主要的外存设备。U盘即USB盘的简称(闪存),最大的特点是:小巧便于携带、存储容量大、价格便宜。现在常用的U盘容量有8GB,16GB等。光盘分为CD和DVD,在计算机中得到了广泛的应用,因其成本低、存储容量大,深受欢迎。

存储器的容量常以字节为单位,表示如下。千字节(KB)1KB=1024B(210=1024)兆字节(MB)1MB=1024KB(220=1M)吉字节(GB)1GB=1024MB(230=1G)太字节(TB)1TB=1024GB(240=1T)若存储器内存容量为1GB,即表示其容量为

4 . 输入设备 输入设备是指用来输入数据、程序及操作命令的部件。输入设备类型很多,常用的有命令输入设备(键盘、鼠标、触摸板等)、数字和文字输入设备(键盘、写字板等)、图形输入设备(扫描仪、数码相机等)、声音输入设备(传声器、MIDI演奏器等)、视频输入设备(摄像机)和数据采集输入设备(用于工业控制)等。

5 .输出设备

输出设备一般是指输出数据处理结果的信息设备。常用的有显示器、打印机、绘图仪等。在计算机控制系统中,输出设备一般是指执行部件。输入/输出设备是系统中运行速度最慢的部件。

6 . 总线 总线是连接计算机各部件之间的一组公共的信号线。一般情况下,总线可分为系统总线和外总线。

(1)系统总线

系统总线是以微处理器为核心引出的连接计算机各逻辑功能部件的信号线。利用系统总线可把存储器、输入/输出接口等部件通过标准接口方便地连接在总线上,如图1-18所示。

微处理器通过总线与各部件相互交换信息,这样可灵活机动、方便地改变计算机的硬件配置,使计算机物理连接结构大大简化。但是,由于总线是信息的公共通道,各种信息相互交错,非常繁忙,因此,CPU必须分时地控制各部件在总线上相互传送信息,也就是说,总线上任一时刻只能有一个挂在总线上的设备传送一种信息。因此,系统总线应包括:地址总线AB)、控制总线(CB)和数据总线(DB)。

地址总线(AB):CPU根据指令的功能需要访问某一存储器单元或外部设备时,其地址信息由地址总线输出,然后经地址译码单元输出信号选择相应的存储单元或外部设备。地址总线为20位时,可寻址范围为220B=1MB,地址总线的位数决定了所寻址存储器容量或外设数量的范围。在任一时刻,地址总线上的地址信息是唯一对应某一存储单元或外部设备的。

控制总线(CB):由CPU产生的控制信号是通过控制总线向存储器或外部设备发出控制命令的,以使在传送信息时协调一致地工作。CPU还可以接收由外部设备发来的中断请求信号和状态信号,所以控制总线可以是输入、输出或双向的。

数据总线(DB):CPU是通过数据总线与存储单元或外部设备交换数据信息的,故数据总线应为双向总线。在CPU进行读操作时,存储单元或外设的数据信息通过数据总线传送给CPU;在CPU进行写操作时,CPU把数据通过数据总线传送给存储单元或外部设备。

(2)外总线

外总线又称为通信总线,是微型计算机各系统之间,或微型计算机系统与外部设备之间信息传输的通路。

(3)标准总线

为了使计算机与各个部件及外部设备连接标准化、通用化、系列化,将其连接的总线确定功能规范、机械结构规范及电气信号(高低电平、动态转换时间、负载能力),这样的总线称为标准总线。标准总线为计算机系统或计算机应用系统中各模块的互联提供了一个标准界面。该界面对界面两侧的模块而言都是透明的,界面任一方只需根据标准总线的要求实现接口的功能即可,而不必考虑另一方的接口方式。采用标准总线,可以为计算机接口的软、硬件设计提供方便,使各模块的接口芯片设计相对独立,为接口软件的模块化设计带来方便。

常见的系统总线标准有EISA总线、VESA总线和PCI总线。

常用的通信总线标准有RS-232C、RS-485等。

7 . 输入输出(I/O)接口 CPU通过接口电路与外部输入/输出设备交换信息,如图1-18所示。

由于外部设备种类、数量较多,而且各种参量(如运行速度、数据格式及物理量)也不尽相同。CPU为了实现选取目标外部设备并与其交换信息,必须借助接口电路。一般情况下,接口电路通过地址总线、控制总线和数据总线与CPU连接;通过数据线(D)、控制线C)和状态线(S)与外部设备连接。在微型计算机系统中,常常把一些通用的、复杂的I/O接口电路制成统一的、遵循总线标准的电路板卡,CPU通过板卡与I/O设备建立物理连接,使用十分方便。 sKMxiD5Q933RxY8bUXEWrhXYPBQj815E01sQE7ga8e1YDoLiDqkx2Ki8J85zk2RZ

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