0.1 微型计算机的基本结构和工作原理

0.1.1 微型计算机的系统结构

众所周知，一台微型计算机系统由硬件（元件、器件和电路）和软件（程序）构成，系统结构如图0-1所示。

图0-1 微型计算机的系统结构图

其中，CPU是计算机的控制核心，其功能是执行指令，完成算术运算、逻辑运算，并对整机进行控制。存储器用于存储程序和数据，它由成千上万个存储单元组成，每个存储单元都有一个编号（称为地址），每个存储单元存放一个8位二进制数，这个二进制数可以是程序的代码，也可以是数据。当一个数据大于8位二进制数时，它将存放于多个存储单元中，因此，计算机中的数都是8的整数倍。外部设备即输入/输出设备，简称外设，是人与计算机交互的设备，完成计算机能识别的二进制数和人能识别的字符、图形、图像、语音之间信息的转换。它通过一些中间电路与CPU相连，CPU和外设之间相连的逻辑电路称为输入/输出接口（又称I/O接口）。外设必须通过接口才能和CPU相连。根据不同的外设，所用的接口不同，有并行接口、串行接口、定时器、A/D、D/A等；每个I/O接口也有一个地址，CPU通过对不同地址的I/O接口操作，完成对外设的操作。存储器、I/O接口和CPU之间通过总线相连。图0-2为微型计算机的硬件结构图。

图0-2 微型计算机的硬件结构图

用于传送程序或数据的线称为数据总线（DB）；用于传送地址以识别不同的存储单元或I/O接口的线称为地址总线（AB）；用于控制数据总线上数据流传送的方向、对象等的线称为控制总线（CB），以上俗称三总线。在程序指令的控制下，存储器或I/O接口通过控制总线和地址总线的联合作用，分时地占用数据总线，与CPU交流信息。

0.1.2 微型计算机的基本工作原理

程序存放在存储器中，CPU按照严格的时序关系不断地从存储器中取指令、译码、执行指令规定的操作，即按照指令的指示发出地址信号和控制信号，打开某些逻辑门或关闭某些逻辑门，使信号（数据或命令）通过数据总线在CPU和存储器及I/O口之间交流。这就是计算机的工作原理。简言之，存储程序、执行程序是微机的基本工作原理，取指、译码、执行是微机的基本工作过程。

单片机是微型计算机的一种，是将计算机主机（CPU、内存和I/O接口）集成在一小块硅片上的微机，又称微控制器（MCU）。它专为工业测量、控制而设计，具有三高优势（集成度高、可靠性高、性价比高），其特点是小而全（体积小、功能全），主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通信设备、家用电器等，特别适合于嵌入式微型计算机应用系统。

嵌入式工程师的任务就是根据应用对象的需求，完成硬件和软件的设计，即选择合适的单片机，进行接口、存储器等电路的系统设计，并设计程序，以控制应用系统按程序的指令完成规定的工作。

0.1.3 微型计算机的主要技术指标

（1）字长

CPU并行处理数据的位数，由此定为8位机、16位机、32位机等。

（2）存储容量

存储器存储二进制数的位数，例如，256×8位（也可称256B）RAM、8K×8位（8KB）ROM、1MB等。

（3）运算速度

即CPU处理速度，它和内部的工艺结构及外接的时钟频率有关。

（4）时钟频率

在CPU极限频率以下，时钟频率越高，执行指令速度越快，对单片机而言，有6MHz，12MHz，24MHz，等等。