51單片機體系結(jié)構(gòu)初步分析
單片機有很多種，AVR、PIC、MC6805系列等，他們的體系結(jié)構(gòu)不盡相同，指令集也各異，有些是CISC，有些是RISC，51單片機的指令集采用的是CISC。
51單片機是單片機的一種，之所以這么流行，業(yè)界贊同的原因主要有兩個：
第一：由于intel公司(開發(fā)了51單片機)一開始就開放了授權(quán)。
第二：51單片機的體系結(jié)構(gòu)不難，資料很多(也良莠不齊)，學的人很多。
51單片機和電腦聯(lián)系很大的(單片機某種程度上可以說是一臺袖珍電腦)，我們知道電腦由運算器、控制器、存儲器(RAM)、輸入設備和輸出設備，各個部分由總線聯(lián)接起來，聯(lián)想到實際設備我們看：
我們的電腦由一下部分組成：CPU、內(nèi)存、主板、硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)(已淘汰)、顯卡、顯示器、鍵盤和鼠標。分析一下各個設備提供的功能：
CPU提供了運算和控制功能(隨著電腦的發(fā)展和改進，獨立顯卡代替了CPU了對圖形圖像相關的數(shù)據(jù)的運算，主板芯片代替了部分原來由CPU提供的控制功能，例如DMA，內(nèi)存控制器等)
內(nèi)存，即RAM，提供了程序運行的空間，就是存儲器的功能。
主板，確切地說是主板芯片，把各個部件連接起來，即總線的功能，近年來代替CPU提供一部分控制功能。
硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)，是保存程序的地方，幾十年前電腦可能是這樣工作的：插入可啟動的帶有操作系統(tǒng)的軟盤(DOS、Linux等)，打開電源，BIOS檢查通過后，引導操作系統(tǒng)，進入系統(tǒng)后，在shell下(人機對話界面，在DOS下叫DOS界面)，可以使用軟盤里面保存的程序或者文件。后來硬盤和光驅(qū)代替了軟盤的程序存儲功能。
顯卡，確切說是獨立顯卡，代替了CPU圖形圖像相關數(shù)據(jù)的運算。
顯示器提供了輸出功能，鍵盤和鼠標提供了輸入功能。
51單片機有以下部分組成：
微處理器(MCU)，和通用CPU類似，提供運算和控制功能。
數(shù)據(jù)存儲器，和電腦的內(nèi)存類似，提供數(shù)據(jù)存儲功能，提供程序運行的空間。
程序存儲器，和電腦的硬盤、光盤、軟盤類似，提供程序存儲的空間。
各個部分由總線聯(lián)系起來。
總線是什么?
一開始系統(tǒng)很簡單的時候總線不是必須的，各個部件中需要通信的雙方用導線連接在一起，舉個例子，就像打局域網(wǎng)，兩臺電腦想通信，直接用一根交叉的雙絞線連接就OK了，不用買交換機，但是如果另外一臺電腦想加入，那么這臺電腦必須和這兩臺電腦各自連接一根線，第四臺電腦想進來，那么得連接3根線，第五臺要連接4根線……第N臺要連接N-1根線，是不是很麻煩，當然大家不會這么做，超過2臺我們就用交換機了，總線的作用和這個有點類似。總線技術使得相互關系的部分通過這個公共通道連接起來，通過控制信號來區(qū)分不同組件間的通信。
總線分數(shù)據(jù)總線(DB)、控制總線(CB)、地址總線(AB)，顧名思義各自有各自的功能。
我們從51單片機的一個指令的取、譯和執(zhí)行過程來理解一下總線。假如我們現(xiàn)在要求計算2+3=?
;PC是指針，指向程序存儲器的某個位置。PC指向的當前地址就是正在或即將執(zhí)行的指令
;假設此時PC=2000H
MOV A，#02H;PC=2000H
ADD A，#03H;PC=2002H
通電后，PC值為0000H，隨著前面指令的取、譯和執(zhí)行，PC值一直改變，當PC值為2000H時，MCU通過AB找到要執(zhí)行指令的位置，通過內(nèi)部DB從程序存儲器取的操作碼(指令由操作碼和操作數(shù)組成)是74H(是MOV匯編后的機器碼)，同時PC=PC+1=2001H，通過譯碼，發(fā)現(xiàn)操作碼的意思是將后面的一個字節(jié)作為操作數(shù)送進累加器A，MCU通過CB發(fā)出控制信號，把程序存儲器的下一個字節(jié)通過內(nèi)部DB送進累加器A，同時PC=PC+1=2002H，第一個指令執(zhí)行完畢。
另外一條指令類似，通過對操作碼的譯碼，發(fā)現(xiàn)操作碼的意思是將后面一個字節(jié)作為操作數(shù)與累加器A中的內(nèi)容相加，輸出結(jié)果放進累加器A。于是發(fā)出控制信號，把程序存儲器下一個字節(jié)通過內(nèi)部DB送到暫存器，通過MCU進行計算，得出的結(jié)果放進累加器A。執(zhí)行完PC=2004H。
總線有一定的寬度，所以我們有8位機、16位機、32位等等？偩越寬，每次取數(shù)據(jù)越多，8位寬度每次只能取1個字節(jié)，16位是2個字節(jié)，越寬每次取越多，同樣時間內(nèi)執(zhí)行的指令越多，所以，總線寬度是衡量MCU運算能力的重要指標。51單片機的AB寬度是16位，DB寬度是8位，CB寬度是8位，因為運算能力主要和DB寬度有關，所以我們以DB寬度來區(qū)分不同的MCU。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-18
