微型计算机(Microcomputer)简称微机,是计算机的一个重要分类。微型计算机不但具有计算快速、精确、程序控制等特点,而且还具有体积小、质量轻、功耗低、价格便宜等优点。个人计算机简称PC(Personal Computer),是微型计算机中应用最为广泛的一种,也是近年来计算机领域中发展最快的一个分支。PC机在性能和价格方面适合个人用户购买和使用,目前,它已经像普通家电一样深入到了家庭和社会生活的各个方面。
微型计算机系统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实体和装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。如果将运算器与控制器集成在一个芯片上,则该芯片称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU),是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output,I/O)接口电路及外部设备即构成微机的硬件系统。
软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称。软件部分包括系统软件(如操作系统)和应用软件(如字处理软件),人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换,使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的微机系统,典型微型计算机系统的组成如图1-1所示。
图1-1 微型计算机系统组成示意图
微型计算机硬件系统简要说明。
①微处理器(CPU):CPU是计算机的控制核心,它由运算器和控制器组成,其功能是执行指令,并对整机进行控制。其中,运算器用于实现算术和逻辑运算;控制器是计算机的指挥控制部件,它使计算机各部分自动、协调地工作。
②存储器:存储器有ROM和RAM之分,用于存储程序和数据,它由成千上万个单元组成,每个单元都有一个编号(称为地址),每个单元存放一个8位二进制数,这个二进制数可以是程序的代码,也可以是数据。
③输入/输出接口:又称I/O接口,是CPU和外设(外部设备)之间相连的逻辑电路,外设必须通过接口才能和CPU相连。每个I/O接口也有一个地址,CPU通过对不同地址的I/O接口进行操作来完成对外设的操作。
④输入/输出设备:输入设备用于将程序和数据输入到计算机中。键盘就是一种输入设备;输出设备用于将计算机数据计算或加工的结果,以用户需要的形式显示或打印出来。通常将外存储器、输入设备和输出设备合在一起称为计算机的外部设备,简称外设。
⑤总线:用于传送程序或数据的总线称为数据总线;地址总线用于传送地址,以识别不同的存储单元或I/O接口;控制总线用于控制数据总线上数据流传送的方向、对象等。在程序指令的控制下,存储器或I/O接口通过控制总线和地址总线的联合作用,分时地占用数据总线和CPU交流信息。
自动高速地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理。首先,将表示计算步骤的程序和计算中需要的原始数据,在控制器输入命令的控制下,通过输入设备送入计算机的存储器存储。其次当计算开始时,在取指令作用下将程序指令逐条送入控制器。控制器对指令进行译码,并根据指令的操作要求向存储器和运算器发出存储、取数命令和运算命令,经过运算器计算并将结果存放在存储器内。在控制器的取数和输出命令作用下,通过输出设备输出计算结果。简而言之,存储程序、执行程序是微机的基本工作原理,取址、译码、执行是微机的基本工作过程。
单片机是微型计算机的一种。是将计算机主机(CPU、存储器和I/O接口)集成在一小块硅片上的微机,它的特点是具有集成度高、可靠性高、性价比高、体积小、功能全等优势。单片机主要应用于工业捡测与控制计算机外设、智能仪器/仪表、通信设备、家用电器等,特别适合嵌入式微型机应用系统。