單片機(jī)原理

單?機(jī)的基本構(gòu)成及?作原理

有了電?電路和數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識，就可以開始學(xué)習(xí)嵌?式系統(tǒng)的核?元件-單?機(jī)。從本期開始我們將為?家介紹單?機(jī)的基礎(chǔ)知識。

在單?機(jī)?門系列講座中，?先學(xué)習(xí)單?機(jī)的基本構(gòu)成和?作原理、以及外圍功能電路，然后，挑戰(zhàn)?個實(shí)際單?機(jī)的運(yùn)?。

單?機(jī)是控制電?產(chǎn)品的?腦

現(xiàn)如今，我們?活中的許多電器都使?了單?機(jī)。例如：?機(jī)、電視機(jī)、冰箱、洗?機(jī)、以及按下開關(guān)，LED就閃爍的?童玩具。那么，單

?機(jī)在這些電器中究竟做了些什么呢?

單?機(jī)是這些電器動作的關(guān)鍵，是指揮硬件運(yùn)?的。例如：接收按鈕或按鍵的輸?信號，按照事先編好的程序，指揮馬達(dá)和LCD的外圍功能

電路動作。

那么，單?機(jī)是如何構(gòu)成的呢?

單?機(jī)是由CPU、內(nèi)存、外圍功能等部分組成的。如果將單?機(jī)?作?，那么CPU是負(fù)責(zé)思考的，內(nèi)存是負(fù)責(zé)記憶的，外圍功能相當(dāng)于視

覺的感官系統(tǒng)及控制?腳動作的神經(jīng)系統(tǒng)。

盡管我們說CPU相當(dāng)于?的?腦，但是它卻不能像?的?腦?樣，能有意識的、?發(fā)的思考。CPU只能依次讀取并執(zhí)?事先存儲在內(nèi)存中

的指令組合(程序)。當(dāng)然CPU執(zhí)?的指令并不是“?路”、“講話”等?難度命令，?是?些?常簡單的指令，象從內(nèi)存的某個地?“讀取

數(shù)據(jù)”或把某個數(shù)據(jù)“寫?”內(nèi)存的某個地?，或做加法、乘法和邏輯運(yùn)算等等。然?這些簡單指令的組合，卻能實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的功能。

CPU讀取指令時需要知道要執(zhí)?的指令保存在內(nèi)存的什么位置，這個位置信息稱為地址(相當(dāng)于家庭住址)。程序計(jì)數(shù)器(PC)就是存儲地址的

寄存器。通常，PC是按1遞增設(shè)計(jì)的，也就是說，當(dāng)CPU執(zhí)?了0000地址中的指令后，PC會?動加1，變成0001地址。每執(zhí)??條指令

PC都會?動加1，指向下?條指令的地址。可以說，PC決定了程序執(zhí)?的順序。

◇指令解碼電路

指令解碼電路是解讀從內(nèi)存中讀取的指令的含義。運(yùn)算電路是根據(jù)解碼結(jié)果操作的。確切地講，指令解碼電路就是我們在“數(shù)字電路?門

(2)”中學(xué)過的解碼電路，只不過電路結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，所以，指令解碼電路的?作原理就是從被符號化(被加密)的指令中，還原指令。

◇運(yùn)算電路

運(yùn)算電路也稱為ALU(ArithmeticandLogicUnit)，是完成運(yùn)算的電路。能進(jìn)?加法、乘法等算術(shù)運(yùn)算、也能進(jìn)?AND、OR、BIT-

SHIFT等邏輯運(yùn)算。運(yùn)算是在指令解碼電路的控制下進(jìn)?的。通常運(yùn)算電路的構(gòu)成都?較復(fù)雜。

◇CPU內(nèi)部寄存器

CPU內(nèi)部寄存器是存儲臨時信息的場所。有存儲運(yùn)算值和運(yùn)算結(jié)果的通?寄存器，也有?些特殊寄存器，?如存儲運(yùn)算標(biāo)志的標(biāo)志寄存器

等。也就是說，運(yùn)算電路進(jìn)?運(yùn)算時，并不是在內(nèi)存中直接運(yùn)算的，?是將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)復(fù)制到通?寄存器，在通?寄存器中進(jìn)?運(yùn)算的。