芯片解密知識:?jiǎn)纹瑱C的組成原理
單片機要自動(dòng)完成計算,它應該具有哪些最重要的部分呢? 我們以打算盤(pán)為例計算一道算術(shù)題。例:36+163×156-166÷34?,F在要進(jìn)行運算, 首先需要一把算盤(pán),其次是紙和筆。我們把要計算的問(wèn)題記錄下來(lái),然后第一步先算163×156,把它與36相加的結果記在紙上,然后計算166÷34,再 把它從上一次結果中減去,就得到最后的結果。
現在,我們用單片機來(lái)完成上述過(guò)程,顯然,它首先要有代替算盤(pán)進(jìn)行運算的部件,這就是“運算器”;其次,要有能起到紙和筆作用的器件,即能記憶原始題目、 原始數據和中間結果,還要記住使單片機能自動(dòng)進(jìn)行運算而編制的各種命令。這類(lèi)器件就稱(chēng)為“存貯器”。此外,還需要有能代替人作用的控制器,它能根據事先給 定的命令發(fā)出各種控制信號,使整個(gè)計算過(guò)程能一步步地進(jìn)行。但是光有這三部分還不夠,原始的數據與命令要輸入,計算的結果要輸出,都需要按先后順序進(jìn)行, 有時(shí)還需等待。
如上例中,當在計算163×156時(shí),數字36就不能同時(shí)進(jìn)入運算器。因此就需要在單片機上設置按控制器的命令進(jìn)行動(dòng)作的“門(mén)”,當運算器需要時(shí),就讓新 數據進(jìn)入?;蛘?,當運算器得到最后結果時(shí),再將此結果輸出,而中間結果不能隨便“溜出”單片機。這種對輸入、輸出數據進(jìn)行一定管理的“門(mén)”電路在單片機中 稱(chēng)為“口”(Port)。在單片機中,基本上有三類(lèi)信息在流動(dòng),一類(lèi)是數據,即各種原始數據(如上例中的36、163等)、中間結果(如166÷34所得 的商4、余數30等)、程序(命令的集合)等。這樣要由外部設備通過(guò)“口”進(jìn)入單片機,再存放在存貯器中,在運算處理過(guò)程中,數據從存貯器讀入運算器進(jìn)行 運算,運算的中間結果要存入存貯器中,或最后由運算器經(jīng)“出入口”輸出。
用戶(hù)要單片機執行的各種命令(程序)也以數據的形式由存貯器送入控制器,由控制器解讀(譯碼)后變?yōu)楦鞣N控制信號,以便執行如加、減、乘、除等功能的各種 命令。所以,這一類(lèi)信息就稱(chēng)為控制命令,即由控制器去控制運算器一步步地進(jìn)行運算和處理,又控制存貯器的讀(取出數據)和寫(xiě)(存入數據)等。第三類(lèi)信息是 地址信息,其作用是告訴運算器和控制器在何處去取命令取數據,將結果存放到什么地方,通過(guò)哪個(gè)口輸入和輸出信息等。
存貯器又分為只讀存貯器和讀寫(xiě)存貯器兩種,前者存放調試好的固定程序和常數,后者存放一些隨時(shí)有可能變動(dòng)的數據。顧名思義,只讀存貯器一旦將數據存入,就 只能讀出,不能更改(EPROM、E2PROM等類(lèi)型的ROM可通過(guò)一定的方法來(lái)更改、寫(xiě)入數據--編者注)。而讀寫(xiě)存貯器可隨時(shí)存入或讀出數據。
實(shí)際上,人們往往把運算器和控制器合并稱(chēng)為中央處理單元--CPU。單片機除了進(jìn)行運算外,還要完成控制功能。所以離不開(kāi)計數和定時(shí)。因此,在單片機中就 設置有定時(shí)器兼計數器,其基本結構與本連載之(二)中的舉例類(lèi)似。到這里為止,我們已經(jīng)知道了單片機的基本組成,即單片機是由中央處理器(即CPU中的運 算器和控制器)、只讀存貯器(通常表示為ROM)、讀寫(xiě)存貯器(又稱(chēng)隨機存貯器通常表示為RAM)、輸入/輸出口(又分為并行口和串行口,表示為I/O 口)等等組成。實(shí)際上單片機里面還有一個(gè)時(shí)鐘電路,使單片機在進(jìn)行運算和控制時(shí),都能有節奏地進(jìn)行。另外,還有所謂的“中斷系統”,這個(gè)系統有“傳達室” 的作用,當單片機控制對象的參數到達某個(gè)需要加以干預的狀態(tài)時(shí),就可經(jīng)此“傳達室”通報給CPU,使CPU根據外部事態(tài)的輕重緩急來(lái)采取適當的應付措施。
現在,我們已經(jīng)知道了單片機的組成,余下的問(wèn)題是如何將它們的各部分連接成相互關(guān)聯(lián)的整體呢?實(shí)際上,單片機內部有一條將它們連接起來(lái)的“紐帶”,即所謂 的“內部總線(xiàn)”。此總線(xiàn)有如大城市的“干道”,而CPU、ROM、RAM、I/O口、中斷系統等就分布在此“總線(xiàn)”的兩旁,并和它連通。從而,一切指令、 數據都可經(jīng)內部總線(xiàn)傳送,有如大城市內各種物品的傳送都經(jīng)過(guò)干道進(jìn)行。
評論