如何组装一台微型计算机？

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金钱，所以本文就使用文字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 Pentium CPU 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 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。

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。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（此部分只是简单介绍）：

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”。Z80 CPU 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 Z80 CPU 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。

Z80 PIO 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Z80 PIO 上也有 D0～D7 的数据总线引脚，所以先把它们和 Z80 CPU 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 Z80 PIO 的 B/A 和 C/D 引脚分别连接到 Z80 CPU 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，反之赋予 0 则表示选中 A。同样地，若赋予 C/D 引脚 1 则表示 选中的是 C（C 即 Control，表示控制模式）；反之赋予 0 则表示选中的 是 D（D 即 Data，表示数据模式）

三、连接时钟信号

为了传输时钟信号，就需要把时钟发生器的 8 号引脚和 Z80 CPU 的 CLK （CLK 即 Clock，时钟）引脚、Z80 PIO 的 CLK 引脚分别连接起来。时钟发生器的 8 号引脚与 +5V 之间的电阻用于清理时钟信号。

四、连接用于区分读写对象是内存还是 I/O 的引脚

至此，我们已经先后把 Z80 CPU 连接到了 TC5517 和 Z80 PIO 上， 这两次连接都使用了地址总线引脚 A0 和 A1。

如果仅仅这样连接，就会导致一个问题，当地址的最后两位是 00、01、10 和 11 时，CPU 就无法区分访问的是 TC5517 中的存储单元，还是 Z80 PIO 中的寄存器了。

下面需要把 Z80 CPU 的 MREQ 引脚连接到 TC5517 的 CE 引脚上。然后把 Z80 CPU 的 IORQ 引脚连接到 Z80 PIO 的 CE 引脚 和 IORQ 引脚上。

五、连接剩余的控制引脚

CPU、内存、I/O 中不但有地址总线引脚、数据总线引脚，还有其他引脚，通常把这些引脚统称为“控制引脚”。

现在 Z80 CPU 上只 剩下 9 个控制引脚没有连接了，首先把 Z80 CPU 的 M1 引脚（即 Machine Cycle 1，机器周期 1）和 INT 引脚（即 Interrupt，中断）与 Z80 PIO 上标有相同代号的引脚连接 起来。M1 是用于同步的引脚，INT 引脚是用于从 Z80 PIO 向 Z80 CPU 发出中断请求的引脚。

六、连接外部设备，通过 DMA 输入程

这一步将计算机主机系统和外部设备连接起来。 我们要使用 2 个指拨开关和 1 个按键开关，向地址总线引脚和数据总线引脚发送电信号，然后通过 DMA 将数据总线上的数据存储到内存。

七、连接用于输入输出的外部设备

轮到把指拨开关和 LED 连接到 Z80 PIO 上了。当微型计算机运行起来后，指拨开关可用于从外部输入数据，LED 可用于向外部输出数据。

用于输入数据的指拨开关，要连接到 Z80 PIO 的 PA0～PA7 引脚 上。

八、连接电源

IC 与普通的电器一样，只有接通了电源才能工作。 Z80 CPU、TC5517 和 Z80 PIO 上都分别带有 Vcc 引脚和 GND 引脚。

Vcc 和 GND 这一对儿引脚用于为 IC 供电。下面先将 +5V 电源连接到各个 IC 的 Vcc 引脚上，然后将 0V 电源连接到各个 IC 的 GND 引脚 上。

接下来还需要将 +5V 和 0V 连接到时钟发生器上。接通电源后这 些 IC 和时钟发生器就可以工作了。

连接完成后整个电路图如下：

微型计算机终于顺利地制作出来了，微型计算机接上电源就能用了吗？

其实还不能，因为尽管硬件组装好了，但若没有输入软件，计算机还是不能工作的。所以即使为微型计算机接通了电源，它也什么都执行不了。

欢迎关注我，下次为您讲解如何输入软件，运行这台计算机。