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單片機工作原理，基本構成，分類、特點以及發展趨勢

小知識

有了電子電路和數字電路的基礎知識，就可以開始學習嵌入式系統的核心元件-單片機 。從本期開始我們將為大家介紹單片機的基礎知識 。
在單片機入門系列講座中，首先學習單片機的基本構成和工作原理、以及外圍功能電路，然后，挑戰一個實際單片機的運行 。

單片機工作原理，基本構成，分類、特點以及發展趨勢


單片機是控制電子產品的大腦
現如今，我們生活中的許多電器都使用了單片機 。例如：手機、電視機、冰箱、洗衣機、以及按下開關，LED就閃爍的兒童玩具 。那么，單片機在這些電器中究竟做了些什么呢?
單片機是這些電器動作的關鍵，是指揮硬件運行的 。例如：接收按鈕或按鍵的輸入信號，按照事先編好的程序，指揮馬達和LCD的外圍功能電路動作 。

單片機工作原理，基本構成，分類、特點以及發展趨勢


那么，單片機是如何構成的呢?
單片機是由CPU、內存、外圍功能等部分組成的 。如果將單片機比作人，那么CPU是負責思考的，內存是負責記憶的，外圍功能相當于視覺的感官系統及控制手腳動作的神經系統 。
盡管我們說CPU相當于人的大腦，但是它卻不能像人的大腦一樣，能有意識的、自發的思考 。CPU只能依次讀取并執行事先存儲在內存中的指令組合(程序) 。當然CPU執行的指令并不是“走路”、“講話”等高難度命令，而是一些非常簡單的指令，象從內存的某個地方“讀取數據”或把某個數據“寫入”內存的某個地方，或做加法、乘法和邏輯運算等等 。然而這些簡單指令的組合，卻能實現許多復雜的功能 。

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CPU讀取指令時需要知道要執行的指令保存在內存的什么位置，這個位置信息稱為地址(相當于家庭住址) 。程序計數器(PC)就是存儲地址的寄存器 。通常，PC是按1遞增設計的，也就是說，當CPU執行了0000地址中的指令后，PC會自動加1，變成0001地址 。每執行一條指令PC都會自動加1，指向下一條指令的地址 ?？梢哉f，PC決定了程序執行的順序 。
◇指令解碼電路
指令解碼電路是解讀從內存中讀取的指令的含義 。運算電路是根據解碼結果操作的 。確切地講，指令解碼電路就是我們在“數字電路入門(2)”中學過的解碼電路，只不過電路結構稍微復雜些，所以，指令解碼電路的工作原理就是從被符號化(被加密)的指令中，還原指令 。

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◇運算電路
運算電路也稱為ALU(Arithmetic and Logic Unit)，是完成運算的電路 。能進行加法、乘法等算術運算、也能進行AND、OR 、BIT-SHIFT等邏輯運算 。運算是在指令解碼電路的控制下進行的 。通常運算電路的構成都比較復雜 。
◇CPU內部寄存器
【單片機工作原理，基本構成，分類、特點以及發展趨勢】CPU內部寄存器是存儲臨時信息的場所 。有存儲運算值和運算結果的通用寄存器，也有一些特殊寄存器，比如存儲運算標志的標志寄存器等 。也就是說，運算電路進行運算時，并不是在內存中直接運算的，而是將內存中的數據復制到通用寄存器，在通用寄存器中進行運算的 。

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