1.1.1 微型计算机的基本结构
微型计算机由硬件和软件两大部分组成。硬件是指那些为组成计算机而有机联系的电子、电磁、机械、光学的元件、部件或装置的总和，它是有形的物理实体。软件是相对于硬件而言的，从狭义的角度看，软件包括计算机运行所需要的各种程序；而从广义的角度看，软件还包括手册、说明书和有关资料。
1.微型计算机的硬件结构
微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，如图1-1所示。
图1-1 微型计算机的硬件结构框图
运算器是计算机处理信息的主要部分；控制器控制计算机各部件自动、协调一致地工作；存储器是存放数据与程序的部件；输入设备用来输入数据与程序，常用的输入设备有键盘、光电输入机等；输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来，常用的输出设备有显示终端、数码管、打印机、绘图仪等。
通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机，而输入设备、输出设备则称为计算机的外围设备（简称“外设”）。由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件，所以常将它们合称为中央处理单元CPU（Central Process Unit）。
（1）微处理器CPU
微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件（运算器和控制器）集中做在一块集成电路上而形成的一个独立芯片。它具有解释指令、执行指令及与外界交换数据的能力。该芯片称为微处理器或微处理机（Microprocessor），也称CPU。目前，无论哪种CPU，其内部基本组成总是大同小异的，包括三部分：运算器、控制器、内部寄存器阵列（工作寄存器组）。
（2）微型计算机
微型计算机由CPU、存储器、输入/输出（I/O）口电路构成，芯片之间通过总线（Bus）连接，其结构如图1-2所示。
图1-2 微型计算机的结构
① CPU：CPU是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微型计算机的各项关键指标。微处理器本身不能构成独立工作的系统，也不能独立执行程序，必须配上存储器、外部输入/输出接口构成一台微型计算机才能工作。CPU的基本知识前面已经说明了。
② 存储器：存储器是微型计算机的重要组成部分，用来存放程序和数据，计算机有了存储器才具备记忆的能力。
从应用的角度讲，计算机工作时，CPU对存储器的操作只有“读”和“写”操作。CPU将数据存入存储器的过程称为“写”操作，CPU从存储器中取数据的过程称为“读”操作。写入存储单元的数据取代了原数据，而且在下一个新的数据写入之前一直保留着，即存储器具有记忆的功能。在执行“读”操作后，存储单元中原有的内容不变，即存储器的读出是非破坏性的。对存储器的操作是对存储器地址的操作。
③ 输入/输出接口电路：输入/输出接口电路是微型计算机的重要组成部件，是微型计算机连接外部输入、输出设备及各种控制对象并与外界进行信息交换的逻辑控制电路。从应用的角度讲，计算机工作时，CPU对I/O口的操作只有“读”和“写”。CPU对输入口的操作称为“读”操作，对输出口的操作称为“写”操作，操作是对所选择的I/O口的口地址进行的。
④ 总线：所谓总线，就是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信线。微型计算机采用总线结构后，芯片之间不需要单独走线，这就大大减少了连接线的数量。采用总线结构后，系统中各功能部件间的相互关系转变为各部件面向总线的单一关系，符合总线标准的设备都可以连接到系统中，使系统功能得到扩展。微型计算机总线的种类非常多，从使用的角度可分为内部总线、元件级总线、系统总线、外部总线四大类，在微型计算机中使用比较多的是元件级总线。计算机元件级总线包括地址总线AB（Address Bus）、数据总线DB（Data Bus）、控制总线CB（Control Bus）三种。
地址总线：地址总线是CPU用来向存储器或I/O口传送地址信息的，是三态单向总线。地址总线的宽度决定了CPU可直接寻址的内存容量。8条地址线用A7～A0表示，A7为最高位地址线，A0为最低位地址线，最大寻址范围为28=256；16条地址线用A15～A0表示，A15为最高位地址线，A0为最低位地址线，最大寻址范围为216=65536=64K。通过地址总线确定要操作的存储单元或I/O口的地址。
数据总线：数据总线是CPU与存储器及外设交换数据的通路，是三态双向总线。数据总线的位数与微处理器的位数相同，一般有8位、16位、32位等。8位数据线用D7～D0表示，D7为最高有效位，D0为最低有效位；16位数据线用D15～D0表示，D15为最高有效位，D0为最低有效位。最高有效位用MSB表示，最低有效位用LSB表示。
控制总线：控制总线是用来传输控制信号的，传送方向依具体控制信号而定，例如，CPU向存储器或I/O接口电路输出读信号、写信号、地址有效信号，而I/O接口部件向CPU输入复位信号、中断请求信号等。控制总线的宽度根据系统需要而定。
将微处理器、存储器、I/O接口电路以及简单的输入、输出设备组装在一块印制电路板上，称为单板微型计算机，简称单板机。将微处理器、存储器、I/O接口电路集成在一块芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。
（3）微型计算机系统
以微型计算机为主体，配上外部输入/输出设备、电源、系统软件一起构成应用系统，称为微型计算机系统。
图1-3概括了微处理器、微型计算机、微型计算机系统三者的关系。
图1-3 微型计算机系统结构
2.微型计算机的软件
上述的微型计算机设备称为硬件。计算机要能够自动地操作与运算，还必须要有软件。软件是指使用和管理计算机的各种程序（Program），而程序是完成任务所需要的一系列指令（Instruction）序列。程序的集合构成了计算机中的软件系统。
（1）指令与程序
控制计算机完成各种操作的命令称为指令。
为了计算一个数学式，或者控制一个生产过程，需要事先制订计算机的计算步骤或操作步骤。计算步骤是由一条条指令来实现的。这种一系列指令的有序集合称为程序。编制程序的过程称为程序设计。
例如，计算63+56+36+14=？
编制的程序如下：
MOV A,#63 ; 数63送入寄存器A
ADD A,#56 ;A的内容63与数56相加，其和119送回A
ADD A,#36 ;A的内容119与数36相加，其和155送回A
ADD A,#14 ;A的内容155与数14相加，其和169保存在A中
为了使机器能自动进行计算，要预先用输入设备将上述程序输入到计算机存放。计算机启动后，在控制器的控制下，CPU按照顺序依次取出程序的一条条指令，加以译码和执行。程序中的加法操作是在运算器中进行的。运算结果可以保存在A中，也可以通过输出设备从计算机中输出。
如上所述，计算机的工作是由硬件、软件紧密结合、共同完成的，这与一般的数字电路系统不同。
（2）机器语言、汇编语言和高级语言
编制程序可使用汇编语言或高级语言。
计算机中只能存放和处理二进制信息，所以无论高级语言程序还是低级语言程序，都必须转换成二进制代码形式后才能送入计算机，这种二进制代码形式的程序就是机器语言程序。二进制代码形式的指令又称为机器指令或机器码。汇编指令与机器指令具有一一对应的关系。表1-1是用汇编语言和机器语言编写的同一段程序。
表1-1 汇编语言和机器语言对照表
（3）汇编、编译与解释程序
汇编语言程序与高级语言程序统称为源程序，而机器语言程序称为目标程序。
机器语言只有0，1两个符号，用它来直接编写程序十分困难。因此，往往先用汇编语言或高级语言编写程序，然后再转换成目标程序。将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编，汇编时用到的软件称为汇编程序。高级语言转换成机器语言的工作只能由计算机完成，转换时所用的软件称为编译程序或解释程序。
例如，把表1-1所示的目标程序存入容量为256个单元的存储器，且从地址为00000000的单元开始存放，如图1-4所示。
图1-4 存储器中的程序
指令机器码第1个字节所在单元的地址（0000 0000，0000 0010，0000 0100，0000 0110）称为指令地址。第1条指令的地址（0000 0000）称为该程序的首地址，又称程序的入口地址，带有二进制地址和机器码的程序示例如表1-2所示。
表1-2 二进制地址和机器码的程序示例
二进制位数多，读写不便，所以地址和机器码实际上多以十六进制数表示。
3.硬件和软件的关系
微机系统是硬件和软件有机结合的整体。计算机的硬件和软件是密不可分又相互独立的。硬件是计算机工作的基础，没有硬件的支持，软件将无法正常工作；软件是计算机的灵魂，没有软件，硬件就是一个空壳。没有软件的计算机称为裸机，裸机如同一架没有思想的躯壳，不能做任何工作。