微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從全局到局部存在三個(gè)層次：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)、微處理器(CPU)。單純的微處理器和單純的微型計(jì)算機(jī)都不能獨(dú)立工作，只有微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才是完整的信息處理系統(tǒng)，才具有實(shí)用意義。一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器( 含內(nèi)存、外存和緩存)、各種輸入輸出設(shè)備組成，采用“ 指令驅(qū)動(dòng)”方式工作。

微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是指管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)資源(包括硬件和軟件)的軟件。它主要包括：操作系統(tǒng)、各種語(yǔ)言處理程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)以及各種工具軟件等。其中操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，用戶(hù)只有通過(guò)操作系統(tǒng)才能完成對(duì)計(jì)算機(jī)的各種操作。應(yīng)用軟件是為某種應(yīng)用目的而編制的計(jì)算機(jī)程序，如文字處理軟件、圖形圖像處理軟件、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、財(cái)務(wù)管理軟件、CAD軟件、各種程序包等。

在微型計(jì)算機(jī)的五個(gè)組成部分(運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器和輸入、輸出設(shè)備) 中，運(yùn)算器和控制器是核心部分，由它們所構(gòu)成的運(yùn)算和控制中心被稱(chēng)為微處理器(Microprocessor) 或中央處理單元(Central Processing Unit ，CPU)。存儲(chǔ)器用于存放程序指令和數(shù)據(jù)，可分為只讀存儲(chǔ)器(Read-Only Memory ，ROM)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Random-Access Memory ， RAM)兩大類(lèi)。輸入/輸出(I/O)設(shè)備因其電壓、電流和數(shù)據(jù)傳輸速度等與微處理器不匹配，而必須通過(guò)輸入/輸出接口(I/O 接口)才能與微處理器相連。本節(jié)將介紹微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系和體系結(jié)構(gòu)及微型計(jì)算機(jī)各組成部分的功能和相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系和體系結(jié)構(gòu)

微處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口需要通過(guò)總線(xiàn)連接在一起， 總線(xiàn)按功能可以分為三類(lèi)： ①地址總線(xiàn)(Address Bus ，AB)，負(fù)責(zé)傳輸存儲(chǔ)單元的地址信息， 微處理器通過(guò)地址信息才 能找到存儲(chǔ)單元或 I/O 接口;②數(shù)據(jù)總線(xiàn)(Data Bus，DB)，負(fù)責(zé)在 CPU 和存儲(chǔ)器(或 I/O 接口)之間傳輸數(shù)據(jù);③控制總線(xiàn)(Control Bus ，CB)，用于傳輸微處理器的控制信號(hào)， 如確定數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)流向(數(shù)據(jù)由微處理器流向存儲(chǔ)器或 I/O 接口時(shí)，被視為輸出數(shù)據(jù)， 即 CPU 執(zhí)行“寫(xiě)”操作; 反之，被視為輸入數(shù)據(jù)，即 CPU 執(zhí)行“讀”操作)。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系

圖 1-1 給出了微型計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)圖， 圖 1-2 給出了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系，由這兩個(gè)圖可知，僅有微處理器無(wú)法構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)，而沒(méi)有軟件支持的微型計(jì)算機(jī)硬件也無(wú)法工作，只有軟件和硬件配合構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才能為人所用。

圖 1-1 微型計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

圖 1-2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系

在 PC 系統(tǒng)中，運(yùn)算器和控制器集成在一片芯片上，被稱(chēng)為微處理器芯片，其外形如圖1-3 所示。而單片機(jī)是將微處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口集成在一片芯片上的單片型微型計(jì)算 機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為單片機(jī)(Single-chip Computer)，其外形如圖 1-4 所示。

圖 1-3 Intel 公司的微處理器芯片

a) Intel 4004 b) Intel 80286 c) Intel 80386

圖 1-4 單片機(jī)芯片

a) AT89C51 b) AT89C52 c) MSP430

作為半導(dǎo)體芯片，微處理器芯片和單片機(jī)芯片均利用引腳與其他電路或芯片相連，其引腳按功能可以分為供電引腳、傳輸數(shù)據(jù)的引腳、傳輸?shù)刂返囊_、傳輸控制信號(hào)的引腳和其他輔助功能引腳，其中傳輸數(shù)據(jù)(Data)、地址(Address)和控制(Control)信號(hào)的引腳被 稱(chēng)為總線(xiàn)(BUS)。

圖 1-5 給出了PC 系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)的外觀圖。 PC 系統(tǒng)的特點(diǎn)是功能豐富、用途廣、價(jià)格高，屬于通用型微型計(jì)算機(jī)，其核心是集成了運(yùn)算器和控制器的微處理器芯片，而存儲(chǔ)器 和 I/O 接口被放置在多塊不同的印制電路板上。與通用型微型計(jì)算機(jī)不同，單片機(jī)功能簡(jiǎn)單、用途單一、價(jià)格便宜，屬于專(zhuān)用型微型計(jì)算機(jī)，常被用作控制系統(tǒng)的控制器，因此也被稱(chēng)為微控制器(Microcontroller Unit，MCU)。

圖 1-5 PC 系統(tǒng)與單片機(jī)系統(tǒng)的外觀圖

a) PC 系統(tǒng) b) 單片機(jī)系統(tǒng)