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微型计算机(MicroCom)是MicroComputer的缩写,字面含义是微小的计算机,但一般也可用于指代IC元件外露的、用于控制的计算机。
因为要组装一台真正的微型计算机既花时间又花金钱,所以本文就简单介绍一下计算机的制作过程吧!
计算机是由硬件和软件构成,本文主要讲解如何制作硬件系统。
计算机硬件是由各种被称作IC的元件组成,虽然在IC家族当中有功能各异的各种IC,但是在这里大家记住的只有三种:CPU(处理器)、内存以及I/O。
CPU是计算机的大脑,在其内部可对数据执行运算并控制内存和I/O。内存用于存储指令和数据。
I/O负责把键盘、鼠标、显示器等周边设备和主机连接在一起,实现数据的输入与输出。
只要用电路把CPU、内存以及I/O上的引脚相互连接起来,为每块IC提供电源,再为CPU提供时钟信号,硬件上的计算机就组装起来了,还是非常简单的吧。
所谓时钟信号,就是由内含晶振的、被称作时钟发生器的元件发出的滴答滴答的电信号。如果是PentiumCPU的话,所使用的时钟信号会从几百MHz到2GHz不等。
这里我们使用Z80CPU作为微型计算机的CPU、TC5517作为内存、Z80PIO作为I/O。Z80CPU是一款古老的CPU,在NEC的PC-8801、SHARP的MZ-80等8比特计算机广泛应用的时代,曾以爆炸般的速度普及过。
TC5517是可以存储2K的8比特数据的内存。在计算机的世界里,K表示2的10次方=1024。
TC5517的容量是8比特×2×1024=16384比特,即2K字节。虽然这点容量与诸位所使用的个人计算机比起来相差悬殊,但是对于用于学习的微型计算机来说是绰绰有余了。
Z80PIO作为I/O,经常与Z80CPU一起使用。正如其名,PIO(ParallelI/O,并行输入/输出)可以在微型计算机和外部设备之间并行地(一排一排地)输入输出8比特的数据。
在计算机爱好者们沉浸在制作微型计算机的那个年代,这些元件都是常见的IC。这里要先跟大家说明,这里制作的微型计算机终归只是用于学习的模型,并没有什么实用的价值。
为了制作微型计算机,除了CPU、内存和I/O,还需要若干辅助元件。为了驱动CPU运转,称为“时钟信号”的电信号必不可少。
这种电信号就好像带有一个时钟,滴答滴答地每隔一定时间就变换一次电压的高低。输出时钟信号的元件叫作“时钟发生器”。
时钟发生器中带有晶振,根据其自身的频率(振动的次数)产生时钟信号。时钟信号的频率可以衡量CPU的运转速度。这里使用的是2.5MHz(兆赫兹)的时钟发生器。
用于输入程序的装置也是必不可少的。在这里我们通过拨动指拨开关来输入程序,指拨开关是一种由8个开关并排连在一起构成的元件。
输出程序执行结果的装置是8个LED(发光二极管)。
到此为止,主要的元件就都备齐了。
接下来就是开始布线:
一、连接数据和地址总线
计算机以CPU为中心运转。CPU可以与内存或I/O进行数据的输入输出。为了指定输入输出数据时的源头或目的地,CPU上备有“地址总线引脚”。Z80CPU的地址总线引脚共有16个,用代号A0~A15表示,其中的A表示Address(地址)。
后面的数字0~15表示一个16位的二进制数中各个数字的位置,0对应最后一位、15对应第一位。16个地址总线引脚所能指定的地址共有65536个,用二进制数表示的话就是0000000000000000~1111111111111111。
因此Z80CPU可以指定65536个数据存取单元(内存存储单元或I/O地址),进行信息的输入输出,一旦指定了存取数据的地址,就可以使用数据总线引脚进行数据的输入输出了。
二、连接I/O
大家都知道“寄存器”这个词吗?寄存器是位于CPU和I/O中的数据存储器。
Z80PIO上共有4个寄存器。2个用于设定PIO本身的功能,2个用于存储与外部设备进行输入输出的数据。
因为Z80PIO上也有D0~D7的数据总线引脚,所以先把它们和Z80CPU中带有同样代号的引脚连接起来。这样CPU和PIO就能使用这8个引脚交换数据了。
接下来要把Z80PIO的B/A和C/D引脚分别连接到Z80CPU的地址总线引脚A0和A1上。
若表示IC引脚作用的代号上划有横线,则表示通过赋予该引脚0(0V)可使之有效,反之若没有横线,则表示通过赋予该引脚1(+5V)可使之有效。
因此若赋予B/A引脚1则表示选中B,反之
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