微型计算机的基本结构

下面将具体介绍计算机各组成部件。

三、中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）主要包括运算器(ALU)和控制器(CU)两大部件。它是计算机的核心部件。CPU是一体积不大而元件的集成度非常高、功能强大的芯片，又称微处理器（MPU，Micro Processing Unit）。计算机的所有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。CPU和内存储器构成了计算机的主机，是计算机系统的主体。输入/输出（I/O）设备和辅助存储器（又称外存）统称为外部设备（简称外设），它们是沟通人与主机联系的桥梁。

CPU的性能指标直接决定了由它构成的微型计算机系统性能指标。CPU的性能指标主要包括字长和时钟主频。字长表示CPU每次处理数据的能力，如80286型号的CPU每次能处理16位二进制数据，而80386型号的CPU和80486型号的CPU每次能处理32位二进制数据，当前流行的PentiumⅢ型号每次能处理64位二进制数据；时钟主频以MHz（兆赫兹）为单位来度量。通常，时钟主频越高，其处理数据的速度相对也就越快。CPU 的时钟主频已由过去的33MHz、RAM ROM

硬盘接口 软盘接口 键盘接口 显示器接口 打印机接口 总线(Bus)

CPU

硬盘 软盘 键盘 显示器 打印机

微机总线结构示意图 66MHz发展到现在的466MHz、800MHz、900MHz甚至到了1GHz以上。随着CPU主频的不断提高，它对内存RAM的存取更快了，而RAM的响应速度达不到CPU的速度，这样就可能成为整个系统的“瓶颈”。为了协调CPU与RAM 之间的速度差问题，在CPU芯片中又集成了高速缓冲存储器（Cache），一般在几十KB到几百KB之间。

所以，可以CPU主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件，此外，还包括：若干寄存器和高速缓冲存储器（Pentium以后，都含有Cache了）。

1 计算机基本结构教案

授课教师：吴克华

教学目标：让学生充分了解计算机基本结构及各个部件的功能和用途。

教学重点：计算机基本结构

教学难点：计算机原理

教学方法：讲授法、多媒体教学

导入语：同学们！我们在日常生活当中对计算机的组成有一些认识，但我们对计算机的内部结构就没有更深入的了解？那么这节课我们就一起来学习计算机的内部结构。

首先我们来了解计算机的发展史：

世界上第一台电子计算机是1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学的ENICA（埃尼阿克），它体型巨大，重哒30多吨，是为美国军方计算弹道用的，因此冯诺依曼被称为现代计算机之父。

科技的发展使电脑技术也发生了翻天覆地的变化，电脑硬件的高速发展让我们产生了年头买电脑年尾就过时了的事件。

计算机发展到今天经历了四代

第一代计算机：1946——1957年电子管时代，运算速度较低，耗电，存储空间容量小。

第二代计算机：1958——1964年晶体管时代，体积少，速度快。

第三代计算机：1965——1971年中小规模集成电路，体积功能减少，可靠性及速度进一步提高。这个时候286微型计算机问世。

第四代计算机：1972年——至今大规模集成电路及超大规模集成电路，性能规模提高，广泛用于社会生活各个领域。1983年,386、486微型机出现，在1993年因特尔公司推出了崩腾微处理器，而现在因特尔推出的是酷睿I5、I7处理器。

二、计算机硬件系统的组成 2 1、概述

一台完整的多媒体电脑大概由主机、显示器、鼠标、键盘、音箱几个部件组成，另外，根据使用需求的不同，电脑还需要连接一些设备，比如打印机、扫描仪、摄像头、麦克风等等，总而言之，电脑是由许多个零部件组装而成的。

2、电脑部件概览（主机箱内部设备）

主机箱

主机箱的用途是安装和保护计算机的核心硬件，这些硬件包括：主板、CPU、内存条、硬盘、显卡、光驱、声卡、网卡、电源、散热器等。

CPU

第３３卷第３期　２００７年３月　电子工程师　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＥＮＧＩＮＥＥＲ　ＶｏＩ．３３　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２００７　

基于ＦＰＧＡ的简易微型计算机结构分析与实现　

胡远望　，叶品菊　

（１．常州信息职业技术学院，Ｅｉｆ－４；－－－息工程系，江苏省常州市２１３１６４；　２．常州信息职业技术学院计算机科学与技术系，江苏省常州市２１３１６４）　

摘　要：研究了利用ＦＰＧＡ（现场可编程门阵列）设计和实现简易微型计算机的３种方案。微型计　

算机的原理及结构一般不是很形象直观，因而不易掌握。通过对其结构进行深入分析，文章介绍了基　

于ＦＰＧＡ的总线方式、多路选择器方式和功能描述方式以及用这３种方式实现简易微型计算机的方　

法，并对３种方式进行了比较。便于充分理解掌握微型计算机内部的电路结构和相应功能，有助于深　入学习ＥＤＡ（电子设计自动化）及将来进行相关ＡＳＩＣ（专用集成电路）设计。最后给出了在ＦＰＧＡ芯　

片上的实现结果．电路实验验证了设计的正确性。　关键词：微型计算机；ＦＰＧＡ；ＶＨＤＬ　

中图分类号：ＴＰ３６８　

０　引　言　

通常，人们对微型计算机的工作原理及硬件结构　

的了解来源于书本知识，深入理解掌握其功能特点比　

较困难，要自己亲手去做一个类似功能的微型计算机　更是不可能。随着可编程逻辑器件的广泛应用，为数　

字系统的设计带来了极大的灵活性，用户可以利用　ＦＰＧＡ（现场可编程门阵列）来开发出一个精简指令的　ＣＰＵ，同时对微型计算机的原理及结构进行充分研究，　

便于将来进行相关ＡＳＩＣ（专用集成电路）设计，也可用　于计算机原理教学之中。　

ｌ微型计算机结构及原理　

以一个简化的微型计算机为例，图ｌ是微型计算　机的简化结构　ｊ。　

１．１微型计算机结构　微型计算机由Ｐｃ（程序计数器）、ＩＲ（指令寄存　

器）、ＣＯＮ（控制部件）、ＭＡＲ（存储地址寄存器）、ＲＯＭ　

（只读存储器）、Ａ（累加器）、ＡＬＵ（算术逻辑部件）、Ｂ　（寄存器）、ＯＵＴＲＥＧ（输出寄存器）、ＤＬＥＤＤＩＳ（数码管　

单片机习题答案

第1章习题参考答案

1-1什么是单片机？它与一般微型计算机在结构上何区别？

微型计算机的基本结构由CPU（运算器、控制器）、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，各部分通过外部总线连接而成为一体。单片机的结构是在一块芯片上集成了中央处理器（CPU）、存储器、定时器/计数器、中断控制、各种输入/输出接口（如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器）等，它们通过单片机内部部总线连接而成为一体。

1-2MCS-51系列单片机内部资源配置如何？试举例说明8051与51兼容的单片机的异同。答：MCS-51系列单片机内部资源配置型号8031/80C318051/80C51程序存储器片内RAM定时/计数器并行I/O口串行口中断源/中断优先级无128B128B128B256B256B2某162某162某163某163某164某84某84某84某84某8111115/25/25/26/26/24KBROM无8751/87C514KBEPROM8032/80C328052/80C524KBROM8051与51兼容的单片机的异同厂商型号程序存储片内定时/并行串行中断源/优先级5/26/2直接驱动LED输出，片上模拟比较器256B3某163219/2SPI，WDT，2个数据指针其它特点器RAM计数器I/O口口IntelATMEL8051/80C514KBROM128BAT89C20512KBFlahROMAT89S5312KBFlahROMAnalogADuC812DeviceW77E5832KB256B+3某1636212/2扩展了4位I/O口，双数据指针，WDT。19/2WDT，SPI,8通道12位ADC，2通道12位DAC，片上DMA控制器。.飞利浦80C552无256B3某1648115/4CMOS型10位ADC，捕捉/比较单元，PWM83/87C5528KBEEPROM83/89CE55832KBEEPROM256B+3某16401024B115/4256B3某1648115/4CMOS型10位ADC，捕捉/比较单元，PWM8通道10位ADC，捕捉/比较单元，PWM，双数据指针,IC总线，PLL（32kHz）。83C59216KBEEPROMSSTSST89E554256B+3某1648256B3某163228/440MHz，SPI，双数据指针，215/2CMOS型CAN微控制器22某164某812某16151128BFlahROM1024B8KBEEPROM256B+2某1632640B32KB+8KB1KBFlahROMTIMSC1210Y24KB+2KBFlahROM英特尔87C5483/87C51GB8KBEPROM256B3某1648115/416KBEPROM256B3某163217/41280B3某1632221WDT。32位累加器，WDT，SPI，低电压检测，16位PWM。具有帧错误检测的可编程串口。PWM，WDT，8通道8位ADC，具有帧检测和识别的串口。