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1700413165 计算机是怎样跑起来的 本章重点
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1700413167 要想彻底掌握计算机的工作原理,最好的方法就是自己搜集零件,试着组装一台微型计算机。微型计算机(MicroCom)是Micro Computer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。因为要制作一台真正的微型计算机既花时间又花钱,所以本章就在纸上体验一下微型计算机的制作过程。需要准备的只有图2.1所示的电路图和一根红铅笔。将电路图复印下来后,请一边想象着元件之间传输信号的作用,一边用红铅笔画出笔者所介绍的电路,以此来代替实际的布线环节。当所有的电路都描红了,微型计算机也就完成了。
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1700413169 虽然只是描了描线,却一样能学到很多知识,甚至可以说了解了计算机的工作原理。从此之后不但消除了对硬件的恐惧感,而且还会感到和计算机更加亲近了。请一定要借此机会体验微型计算机的制造过程。
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1700413171 图2.1 Z80微型计算机的电路图
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1700413180 计算机是怎样跑起来的 2.1 制作微型计算机所必需的元件
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1700413182 首先让我们来收集元件。制作微型计算机所需的基础元件只有3个:CPU、内存和I/O,每种元件都是作为一块独立的IC在市场上出售的。CPU是计算机的大脑,负责解释、执行程序。内存负责存储程序和数据,I/O是Input/Output(输入/输出)的缩写,负责将计算机和外部设备(周边设备)连接在一起
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1700413184 这里我们使用Z80 CPU作为微型计算机的CPU,TC5517作为内存,Z80 PIO作为I/O,Z80 CPU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,曾以爆炸般的速率普及过。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210=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使用的个人计算机比起来相关悬殊,但对于用于学习的微型计算机来说绰绰有余了。Z80 PIO作为I/O,经常与Z80 CPU一起使用。正如其名,PIO(Parallel I/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。要事先说明,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。
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1700413186 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。
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1700413188 为了驱动CPU运转,称为“时钟信号”的电信号是必不可少的。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(如图2.2所示)。
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1700413190 图2.2 时钟信号的波形图
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1700413195 输出时钟信号的元件叫“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的时钟发生器
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1700413197 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(如照片2.1a所示)。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
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1700413199 剩下的就是细碎的元件了。表2.1是所需元件的一览表。里面包含了之前介绍过的元件。请浏览一遍,所需元件表中的74367和7404也是IC,用于提高连接外部设备时的稳定性
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1700413201 电阻是用于阻碍电流流动、降低电压值的元件。为了省去布线的麻烦,这里也会使用将8个电阻集成到1个元件中的集成电阻(如照片2.1b所示)。电阻的单位是欧姆,电容是存储电荷的元件,衡量存储电荷能力的单位的F(法拉),要让微型计算机运转起来,5V(伏特)的直流电源是必不可少的。于是还需要使用一个叫做“开关式稳压电源”的装置,将220V的交流电变成5V的直流电
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1700413203 照片2.1 指拨开关和集成电阻
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1700413208 表2.1 本次用到的制作微型计算机的元件
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1700413210 (1)Z80 CPU,数量1,CPU(8比特 CPU)
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