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單片機的基本結構

發布時間:2019-03-29

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的作用是把傳來的數據進行算術或邏輯運算,輸入來源為兩個8位數據,分别來自累加器和數據寄存器。ALU能完成對這兩個數據進行加、減、與、或、比較大小等操作,将結果存入累加器。例如,兩個數6和7相加,在相加之前,操作數6放在累加器中,7放在數據寄存器中,當執行加法指令時,ALU即把兩個數相加并把結果13存入累加器,取代累加器原來的内容6。
運算器有兩個功能:
(1) 執行各算術運算。
(2) 執行各邏輯運算,并進行邏輯測試,如0值測試或兩個值的比較。
運算器所執行全操作都是由控制器發出的控制信号來指揮的,并且,一個算術操作産生一個運算結果,一個邏輯操作産生一個判決。

控制器
控制器由程序計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發生器和操作控制器等組成,是發布命令的“決策機構”,即協調和指揮整個微機系統的操作。其主要功能有:
(1) 從内存中取出一條指令,并指出下一條指令在内存中的位置。
(2) 對指令進行譯碼和測試,并産生相應的操作控制信号,以便于執行規定的動作。
(3) 指揮并控制CPU、内存和輸入輸出設備之間數據流動的方向。
微處理器内通過内總線把ALU、計數器、寄存器和控制部分互聯,并通過外部總線與外部的存儲器、輸入輸出接口電路聯接。外部總線又稱為系統總線,分為數據總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路,實現與各外圍設備連接。


主要寄存器
(1)累加器A
圖1-2 單片機組成框圖
累加器A是微處理器中使用頻繁的寄存器。在算術和邏輯運算時它有雙功能:運算前,用于保存一個操作數;運算後,用于保存所得的和、差或邏輯運算結果。
(2)數據寄存器DR
數據寄存器通過數據總線向存儲器和輸入/輸出設備送(寫)或取(讀)數據的暫存單元。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據字節等等。
(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。
指令寄存器是用來保存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時,先把它從内存中取到數據寄存器中,然後再傳送到指令寄存器。當系統執行給定的指令時,須對操作碼進行譯碼,以确-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)程序計數器PC
PC用于确-定下一條指令的地址,以保正程序能夠連續地執行下去,因此通常又被稱為指令地址計數器。在程序開始執行前須将程序的一條指令的内存單元地址送入PC,使它總是指向下一條要執行指令的地址。
(5)地址寄存器AR
地址寄存器用于保存當前CPU所要訪問的内存單元或I/O設備的地址。由于内存與CPU之間存在着速度上的差異,所以須使用地址寄存器來保持地址信息,直到内存讀/寫操作完成為止。
顯然,當CPU向存儲器存數據、CPU從内存取數據和CPU從内存讀出指令時,都要用到地址寄存器和數據寄存器。同樣,如果把外圍設備的地址作為内存地址單元來看的話,那麼當CPU和外圍設備交換信息時,也需要用到地址寄存器和數據寄存器。

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