第一章 微机基本组成与工作原理讲解学习

第一章微机基本组成与工作原理

前言

“微机组成与工作原理” 是电气信息类本科生教学的主要学科基础课之一，是自动控制、工业自动化、电气技术、电力系统及其自动化、自动化仪表等自动化类专业的一门重要的专业基础课，也是无线电类、机械类等其它许多非自动化类专业的一门专业基础课。

本课程紧密结合电气信息类的专业特点，围绕微型计算机原理和应用主题，以Intelx86CPU为主线，系统介绍微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构和工作模式，从而使学生能较清楚的了解微机的结构与工作流程，建立起系统的概念。在此基础上，课程详细介绍了微机中的常用接口电路原理和应用技术，并对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要分析。

课程通过课堂教学和一定量的实验教学相结合，使学生建立起“程序存储和程序控制”的牢固概念，培养学生进行微机扩展的应用能力和独立分析问题、解决问题的能力。通过系统的实践教学锻炼，使学生具有一定的软硬件开发能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。

通过本课程的学习，使学生了解微型计算机系统的特点、工作原理和组织结构，建立起“程序存储和程序控制”的牢固概念，掌握微型计算机接口技术的基本原理和方法，培养学生进行微机扩展的应用能力和独立分析问题、解决问题的能力。通过系统的实践教学锻炼，使学生具有一定的软硬件开发能力，为开发和应用微型计算机系统打下良好的理论和实践基础。

第一章微机基本组成与工作原理

1．1 微型计算机概况

微型计算机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算机，是继承电路技术不断发展，芯片集成度不断提高的产物。

我们知道，主机按体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类，从其工作原理上来讲，微型机与其它几类计算机并没有本质上的差别。所不同的是由于微机采用了集成度较高的器件，使得其在结构上具有独特的特点，即将组成计算机硬件系统的两大核心部分—运算器和控制器，集成在一片集成电路芯片上，构成了整个微机系统的核心，称为中央处理器CPU，或者微处理器MPU。

在微处理器的基础上，可以进一步构成微型计算机、微型计算机系统。

微处理器即CPU,是微型机的主要核心部件,由运算器和控制器集成而成，构成微机的运算中心和控制中心。

微型计算机由微处理器、接口、I/O设备通过总线连接而成，是属于微机的硬件组成，必须配置上软件，才能发挥作用。

微型计算机系统由硬件和软件构成，硬件由微处理器、接口、I/O设备通过总线连接而成。软件由系统软件和应用软件构成。硬件是基础，软件是灵魂，计算机的功能只有在硬件基础上通过软件才能发挥。

微处理器、微型计算机、微型计算机系统的组成及相互关系见图1-1

。

图 1-1 微处理器、微型计算机、微型计算机系统构成图

1.1.2 微型计算机的分类

按照组装形式和系统规模，可以把微型计算机划分为单片机、单板机和个人计算机。

1.单片机

将CPU、部分存储器、部分I/O接口集成在一个芯片上，就构成单片机，见图1-2。

单片机

图1-2 单片机组成结构图

2.单板机

将CPU、存储器、I/O接口及部分I/O设备安装在一个印刷线路上,就构成了单板机。单板机主要用在过程控制中。单板机组成结构见图1-2。

图1-2 单板机组成结构图

3. 个人计算机PC

个人计算机PC：在主板上连接CPU、存储器、I/O接口，再配置上外设而成。PC个人计算机一词源自于1978年IBM的第一部桌上型计算机型号PC，在此之前有Apple II的个人用计算机。个人计算机能独立运行、完成特定功能。今天，个人计算机一词则泛指所有的个人计算机、如桌上型计算机、笔记型计

算机、或是兼容于IBM系统的个人计算机等。 PC机与苹果机同属于微型计算机 ,但苹果机只是独家生产，而IBM公司却将其产品的各个模块组件的标准予以公布，从而其他公司可以根据这些接口标准生产具备兼容性的计算机，简称兼容机。

单片机、单板机、个人计算机同属于微型计算机，其差别不过是配置多少而已，其内部结构都基本相同，要了解微机的基本构成及功能，可以通过微型计算机的结构组成、原理组成、概念组成三个方面来学习。

1.2 微型计算机的结构组成

典型的微机硬件系统包括主机、输入设备、输出设备、存储设备和功能卡（显卡、声卡、网卡、视屏卡等）。整个硬件系统采用总线结构，总线主要位于主板上，各部分之间通过总线连接，构成一个有机整体。

1．主板

主板是一块印刷电路板，安装在微机机箱内。主板主要由CPU插座、内存条插槽、总线扩展槽、电源转换器件、芯片组、外设接口等组成。如图1-3所示，在主板上可以安装CPU、内存条、声卡、网卡、显示卡、硬盘、软驱和光驱等硬件设备。

主板的作用是通过系统总线插槽和各种外设接口，将微机中的各部件紧密地联系在一起，是中央处理器（即CPU）与其他部件连接的桥梁。

主板是属于微机的总线，是传输信息的高速公路，为了实现微机与其它非外设的连接，主板设置有并行接口、串行接口、USB接口、键盘鼠标接口，如果是集成主板，则还有RJ45LAN网线接口，喇叭、话筒连接接

口，显示器连接接口。见图1-4。

USB接口，可以串接一组低速设备到一个统一的USB接口上,支持功能传递，而其通信功能不会受到丝毫影响。USB接口本身就可以提供电力来源，因此外设可以没有外接电源线。 USB接口支持即插即用功能，用户可以完全摆脱添加或去除外设时总要重新开机的麻烦。

图1-3 主板组成图1-4 主板接口 PS2键盘、

鼠标接口 并行接口 串行接口

四个

USB 接口

RJ45LAN

接口

PCI 插槽

AGP 插槽 硬盘或光驱的连接外设接

CPU 插座

内存插槽

芯片组