微机系统硬件组成与结构|单片机原理及应用

图1-5为微型计算机系统硬件的组成及其结构。微型计算机的硬件主要由微处理器、存储器、I/O接口和外部设备等组成。各组成部分之间通过系统总线联系起来。

图1-5　微机系统硬件的组成及其结构

1.微处理器（CPU）

它是微机的运算、控制核心，用来实现算术、逻辑运算，并对全机进行控制。它包含运算器、控制器和寄存器组三个部分，其中控制器用来协调控制所有的操作，运算器用来进行数据运算，寄存器组用来暂时存放参加运算的数据以及运算中间结果。

2.存储器（M）

它用来存储程序和数据，可分为内部存储器（简称主存或内存）与外部存储器（简称辅存或外存）。内存以存储单元为单位线性顺序编址，CPU按存储地址读/写其单元内容，通常一个单元存放8位二进制数（即1个字节）。计算机程序只有存放到内存中才能被执行。内存可分为只读存储器（Read Only Memory，ROM）和随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）两种类型。图1-5上的存储器实际上仅是内存，而外存与输入设备、输出设备归入外设，它们需通过相应的I/O接口才能与主机相连。

3.输入/输出接口（也称I/O接口）

微机与外部设备（外设）间的连接与信息交换不能直接进行，必须通过I/O接口将两者连接起来，I/O接口在两者之间起暂存、缓冲、类型变换及时序匹配等协调工作。

4.外部设备（简称外设或I/O设备）

它是微机与外界联系的设备，计算机通过外设获得各种外界信息，并且通过外设输出运算处理结果。它包括输入设备、输出设备和存储设备（外存），常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪和摄像机等，常用的输出设备有显示器、打印机和绘图仪等，常用的存储设备（外存）有硬盘、光盘、U盘和软盘等。

5.系统总线

系统总线是一组连接计算机各部件（即CPU、内存、I/O接口）的公共信号线。根据所传送信息的不同，系统总线可分为数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）3种类型，AB、DB和CB分别用来传送地址、数据和控制信息的信号线。微机采用三总线结构，这可使微机系统的结构简单、维护容易、灵活性大和可扩展性好。CPU通过三总线实现读取指令，并通过它与内存、外设之间进行数据交换。(www.xing528.com)

（1）数据总线（DB）：传送数据，双向，CPU的位数不一定与外部DB的位数一致，如8086 CPU的位数与外部DB均为16位，而8088 CPU位数16位，外部DB为8位。而数据可能是指令代码、状态量或控制量，也可能是真正的数据。注意：前述的字长实际上就是CPU的位数。

（2）地址总线（AB）：传送CPU发出的地址信息，单向，其宽度（线数目）决定了CPU的可寻址地址范围。例如：2根地址线，可寻址22=4个字节地址单元；16根地址线，可寻址216=64K字节地址单元。

（3）控制总线（CB）：传送使微机协调工作的定时、控制信号，双向，但对于每一条具体的控制线，都有固定的输入或输出控制功能。控制线数目受芯片引脚数量的限制。

6.并行总线类别及并行总线标准

实际上，微机中并行总线一般有内部总线、系统总线和外部总线共3种类型。其中：内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连，它一般采用AB、DB和CB三总线形式。通过制定统一的总线标准容易使不同设备间实现互连，目前系统总线的标准主要有ISA、EISA、VESA、PCI、Compact PCI等，它们简介如下：

（1）ISA总线是IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准（也称AT总线），它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求，它在80286至80486时代应用非常广泛，ISA总线有98只引脚。

（2）EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准，它是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线，因此，EISA总线完全兼容ISA总线。

（3）VESA总线是1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL总线，该总线系统考虑到CPU与主存和Cache的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线，它定义了32位DB，且可通过扩展槽扩展到64位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作，它是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX/DX、486SX/DX及奔腾CPU。

（4）PCI总线是当前流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线，它定义了32位/64位DB，PCI总线主板插槽比ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备，PCI局部总线不能兼容ISA、EISA等总线，但它不受制于CPU。

（5）上面几种系统总线一般都用于商用PC机，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的工业系统总线标准，比如STD、VME、PC/104、Compact PCI等总线，其中Compact PCI采用无源总线底板结构的PCI系统，它是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，它是在PCI总线基础上改造而来的一种工业计算机标准总线，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品来扩充系统的I/O和其他功能。

在图1-3中，外设通过I/O接口连接到主机（包含微处理器和内存）上，各部件之间通过DB、AB、CB三组总线来传送信息。数据和控制信息通过输入设备送入到内存中存储。需要处理的数据，将其送到运算器，经处理后再送回内存中；需要输出的数据，由内存送给输出设备。