【微控制器基礎(chǔ)】—— 從歷史切入，了解微控制器的五個(gè)要素（下）

在上一節(jié)的芝識(shí)課堂中，我們帶大家簡(jiǎn)單回顧了微控制器發(fā)展的歷史，同時(shí)介紹了微控制器的發(fā)展還必須滿足五個(gè)基本要素，下面我們就來(lái)繼續(xù)跟大家介紹這五個(gè)要素都分別是什么。

1. CPU（計(jì)算、控制）

微控制器五要素中的第一個(gè)，也是最關(guān)鍵的一個(gè)是負(fù)責(zé)計(jì)算和控制的CPU。它被稱為“微控制器的中心”或“微控制器的大腦”。一般來(lái)講，CPU是由C（Central／中央）、P（Processing／處理）和U（Unit／單元）三個(gè)字母組合而成。由于需要處理中心數(shù)據(jù)，因此，CPU又被稱為中央處理器，可以說(shuō)它是一個(gè)處理器最核心的部分。

2. 存儲(chǔ)器

微控制器的關(guān)鍵作用之一就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，只要有數(shù)據(jù)的地方就要有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元。因此，微控制器五要素中的第二個(gè)，就是負(fù)責(zé)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器最直接的操作有兩個(gè)：即記憶和讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和指令。通常，“記憶”或“讀取”操作都是由CPU的信號(hào)來(lái)選擇的。在微控制器的技術(shù)術(shù)語(yǔ)中，我們把“記憶”的操作稱為“寫(xiě)入”，因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程中CPU要向存儲(chǔ)器發(fā)出“寫(xiě)入”的指令。而“讀取”操作之所以被稱為“讀取”，是因?yàn)樗膭?dòng)作是從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)。

在微控制器的存儲(chǔ)單元中通常分為代碼區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，代碼區(qū)是放置程序的地方，用于存放微控制器自身需要執(zhí)行的程序，數(shù)據(jù)區(qū)是放置數(shù)據(jù)的地方，存放各種需要處理和處理后的數(shù)據(jù)。微控制器中存儲(chǔ)器有兩種類型：可以讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)的RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），和只能讀取數(shù)據(jù)的ROM（只讀存儲(chǔ)器）。根據(jù)用途的不同，RAM和ROM有多種類型。通常，RAM在關(guān)閉電源會(huì)丟失存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，但ROM不會(huì)在關(guān)閉電源后丟失數(shù)據(jù)。

3/4. 輸入和輸出端口

五個(gè)要素中的第三和第四分別是輸入和輸出（I/O）。I/O是外部設(shè)備與微控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)交換的通道。在微控制器設(shè)計(jì)中需要有專用于外部設(shè)備的外圍電路，它們執(zhí)行數(shù)據(jù)的輸入、輸出和通信。輸入和輸出對(duì)應(yīng)的基本操作包括CPU的讀和寫(xiě)，輸入／輸出稱為端口，其地址稱為端口地址。根據(jù)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)和信號(hào)交換功能不同，需要分為輸入端口和輸出端口。

5. 總線

CPU、存儲(chǔ)器和I/O功能構(gòu)成了一個(gè)微控制器的基本內(nèi)部功能單元，但只有通過(guò)布線將CPU、存儲(chǔ)器和I/O連接起來(lái)，使信號(hào)可以在各個(gè)單元流通，才能實(shí)現(xiàn)微控制器的控制，因此，微控制器的第五個(gè)要素就是總線。下圖是一個(gè)微控制器信號(hào)流的示例。微控制器的各項(xiàng)功能都由多條信號(hào)線連接，這些信號(hào)線被稱為總線。

在微控制器內(nèi)部的總線類型有三種：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。每條總線上的通信都是在另一條總線的配合下進(jìn)行的。

數(shù)據(jù)總線是用于CPU 與存儲(chǔ)器、I/O之間交換數(shù)據(jù)的信號(hào)線，并處理存儲(chǔ)在指定位置的數(shù)據(jù)。交換的數(shù)據(jù)包括用于計(jì)算的數(shù)值、計(jì)算結(jié)果、外部設(shè)備的輸入信號(hào)和輸出到外部設(shè)備的信號(hào)。

地址總線是用于指定存儲(chǔ)器和I/O位置的信號(hào)線。在CPU交換數(shù)據(jù)時(shí)，需要指定數(shù)據(jù)的發(fā)送目的地或數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)目的地。因此，地址總線便用來(lái)指定此位置。

控制總線是用于指定讀取或?qū)懭氲刂房偩€位置的信號(hào)線。當(dāng)控制總線發(fā)出寫(xiě)入指令時(shí)，地址總線上指定的存儲(chǔ)器和I/O接收數(shù)據(jù)總線上發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)控制總線發(fā)出“讀取”指令時(shí)，數(shù)據(jù)被輸出到數(shù)據(jù)總線。

如今，微控制器的應(yīng)用幾乎無(wú)處不在，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，它不僅功能強(qiáng)大，且類型也非常多樣化。通過(guò)今天的介紹，你是不是對(duì)微控制器又有了更透徹的理解？在后續(xù)的芝識(shí)課堂中，我們還將跟大家分享更多微控制器相關(guān)的知識(shí)，大家敬請(qǐng)期待吧。

審核編輯 黃宇