單片機的基本結構

時間：2022-04-19

單片機的基本結構

單片機基本結構運算器

運算器由運算部件——算術邏輯單元（Arithmetic & Logical Unit，簡稱ALU）、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳進來的數(shù)據(jù)進行算術或邏輯運算，輸入來源為兩個8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對這兩個數(shù)據(jù)進行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結果存入累加器。

運算器有兩個功能：

（1）執(zhí)行各種算術運算；

（2）執(zhí)行各種邏輯運算，并進行邏輯，如零值或兩個值的比較。

運算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，并且，一個算術操作產(chǎn)生一個運算結果，一個邏輯操作產(chǎn)生一個判決。

2. 控制器

控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機構”，即協(xié)調(diào)和指揮整個微機系統(tǒng)的操作。其主要功能有：

（1）從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置；

（2）對指令進行譯碼和，并產(chǎn)生相應的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作；

（3）指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設備之間數(shù)據(jù)流動的方向。

微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實現(xiàn)與各種外圍設備連接。

3. 主要寄存器

（1）累加器A——

累加器A是微處理器中使用較頻繁的寄存器。在算術和邏輯運算時它有雙功能：運算時，用于保存一個操作數(shù)；運算后，用于保存所得的和、差或邏輯運算結果。

（2）數(shù)據(jù)寄存器DR——

數(shù)據(jù)寄存器通過數(shù)據(jù)總線想存儲器和輸入/輸出設備送（寫）或?。ㄗx）數(shù)據(jù)的暫存單元。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲器中存儲的一個數(shù)據(jù)字節(jié)等等。

（3）指令寄存器IR和指令譯碼器ID

指令包括操作碼和操作數(shù)。

指令寄存器是用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存中取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后在傳送到指令寄存器。當系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時，必須對操作碼進行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負責這項工作的。其中，指令指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。

（4）程序計數(shù)器PC

PC用于確定下一條指令的地址，以保證能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱為指令地址計數(shù)器。在程序開始執(zhí)行前必須將程序的**條指令的內(nèi)存單元地址（即程序的首地址）送入PC，使它總是指向下一條要執(zhí)行指令的地址。

（5）地址寄存器

地址寄存器用于保存當期CPU所有訪問的內(nèi)存單元或I/O設備的地址。由于內(nèi)存與CPU之間存在著速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來保存地址信息，直到內(nèi)存讀/寫操作完成為止。

顯然，當CPU向存儲器存數(shù)據(jù)、CPU從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和CPU從內(nèi)存讀出指令時，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同樣，如果把外圍設備的地址作為內(nèi)存地址單元來看的話，那么當CPU和外圍設備交換信息時，也需要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。

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