单片机是掌握电子产品的大脑
现如今，我们生活中的许多电器都利用了单片机。例如：手机、电视机、冰箱、洗衣机、以及按下开关，LED就闪烁的儿童玩具。那么，单片机在这些电器中究竟做了些什么呢？
单片机是这些电器动作的关键，是指挥硬件运行的。例如：吸收按钮或按键的输入旗子暗记，按照事先编好的程序，指挥马达和LCD的外围功能电路动作。
那么，单片机是如何构成的呢？如图1所示。
单片机是由CPU、内存、外围功能等部分组成的。如果将单片机比作人，那么CPU是卖力思考的，内存是卖力影象的，外围功能相称于视觉的感官系统及掌握手脚动作的神经系统。
图1：单片机的构成要素
只管我们说CPU相称于人的大脑，但是它却不能像人的大脑一样，能故意识的、自发的思考。CPU只能依次读取并实行事先存储在内存中的指令组合（程序）。当然CPU实行的指令并不是“走路”、“讲话”等高难度命令，而是一些非常大略的指令，象从内存的某个地方“读取数据”或把某个数据“写入”内存的某个地方，或做加法、乘法和逻辑运算等等。然而这些大略指令的组合，却能实现许多繁芜的功能。
会思考的CPU
让我们从CPU的构成来理解它的浸染吧，如图2所示。
图2：CPU的浸染
◇程序计数器
CPU读取指令时须要知道要实行的指令保存在内存的什么位置，这个位置信息称为地址（相称于家庭住址）。程序计数器（PC）便是存储地址的寄存器。常日，PC是按1递增设计的，也便是说，当CPU实行了0000地址中的指令后，PC会自动加1，变成0001地址。每实行一条指令PC都会自动加1，指向下一条指令的地址。可以说，PC决定了程序实行的顺序。
◇指令解码电路
指令解码电路是解读从内存中读取的指令的含义。运算电路是根据解码结果操作的。确切地讲，指令解码电路便是我们在“数字电路入门（2）”中学过的解码电路，只不过电路构造轻微繁芜些，以是，指令解码电路的事情事理便是从被符号化（被加密）的指令中，还原指令。
◇运算电路
运算电路也称为ALU（Arithmetic and Logic Unit），是完成运算的电路。能进行加法、乘法等算术运算、也能进行AND、OR 、BIT-SHIFT等逻辑运算。运算是在指令解码电路的掌握下进行的。常日运算电路的构成都比较繁芜。
◇CPU内部寄存器
CPU内部寄存器是存储临时信息的场所。有存储运算值和运算结果的通用寄存器，也有一些分外寄存器，比如存储运算标志的标志寄存器等。也便是说，运算电路进走运算时，并不是在内存中直接运算的，而是将内存中的数据复制到通用寄存器，在通用寄存器中进走运算的。
CPU的事情事理
让我们通过一个详细运算3+4，来解释CPU的操作过程吧。
假设保存在内存中的程序和数据如下。
◇步骤1：当程序被实行时，CPU就读取当前PC指向的地址0000中的指令（该操作称为指令读取）。经由解码电路解读后，这条指令的意思是“读取0100地址中的内容，然后，保存到寄存器1”。于是CPU就实行指令，从0100地址中读取数据，存入寄存器1。
寄存器1： 0→3（由0变为3）
由于实行了1条指令，因此，PC的值变为0001
◇步骤2：由于PC的值为0001，因此CPU就读取0001地址中的指令，经解码电路解码后，CPU实行该指令。然后PC再加1。
寄存器2：0→4（由0变为4）
PC：0001→0000
◇步骤3：由于PC的值为0002，因此CPU从0002地址中读取指令，送给指令解码电路。解码结果是：将寄存器1和寄存器2相加，然后将结果存于寄存器1。
寄存器1：3→7
PC：2→3
于是3+4的结果7被存于寄存器1，加法运算结束。CPU便是这样，依次处理每一条大略的指令。
能影象的内存
内存是单片机的影象装置，紧张影象程序和数据，大体上分为ROM和RAM两大类。
◇ROM
ROM（Read Only Memory）是只读内存的简称。保存在ROM中的数据不能删除，也不会因断电而丢失。ROM紧张用于保存用户程序和在程序实行中保持不变的常数。
大多数瑞萨（Renesas）的单片机都用闪存作为ROM。这是由于闪存不仅可以象ROM一样，纵然关机也不会丢失数据，而且还许可修正数据。
◇RAM
RAM（Random Access Memory）是可随机读/写内存的简称。可以随时读写数据，但关机后，保存在RAM中的数据也随之消逝。紧张用于存储程序中的变量。
在单芯片单片机中（1），常常用SRAM作为内部RAM。SRAM许可高速访问，但是，内部构造太繁芜，很难实现高密度集成，不适宜用作大容量内存。
除SRAM外，DRAM也是常见的RAM。DRAM的构造比较随意马虎实现高密度集成，因此，比SRAM的容量大。但是，将高速逻辑电路和DRAM安装于同一个晶片上较为困难，因此，一样平常在单芯片单片机中很少利用，基本上都是用作外围电路。
（1）单芯片单片机是指：将CPU，ROM，RAM，振荡电路，定时器和串行I/F等集成于一个LSI的微处理器。单芯片单片机的根本上再配置一些系统的紧张外围电路，而形成的大规模集成电路称为系统LSI。
“为何要利用单片机……”
为什么很多电器设备都要利用单片机呢？
让我们用一个点亮LED的电路为例，来解释。如图3所示，不该用单片机的电路是一个由LED，开关和电阻构成的大略电路。
图3：不安装单片机的LED电路
利用单片机的电路如图4所示。
图4：安装单片机的LED电路图
很显然，利用单片机的电路要繁芜得多，而且设计电路还要花费精力与财力。好象利用单片机并没有什么优点。但是，现在下结论还为时尚早。
如果我们让这个电路做一些比较繁芜的操作，会怎么样呢。例如：如果希望LED在按下开关后，经由一段韶光再点亮或熄灭，那么，对付安装有单片机的电路来说，只需变动单片机中的程序就可以了，并不需变动原电路。另一方面，对付没有单片机的电路来说，就必须在元电路中加入定时器IC，或者用标准逻辑IC和FPGA构成逻辑电路，才能实现这个功能。
也便是说，在变动和添加新功能时，带有单片机的电路显然更加随意马虎实现。这正是电器设备利用单片机的缘故原由。单片机可真是个方便的东西哦！
