本連載講解作為嵌入式系統開發技術人員所必需具備的基礎知識。這些基礎知識是硬件和軟件技術人員都應該掌握的共通技術知識。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。本文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。

　　那么，單片機是如何構成的呢？（圖1）

　　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。

　　圖1：單片機的構成要素

　　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。

　　會思考的CPU

　　讓我們從CPU的構成來了解它的作用吧。（圖2）

　　圖2：CPU的作用

　　◇程序計數器

　　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。可以說，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。

　　◇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

　　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。