機器人的大腦-單片機（一）
| 單片機要自動完成計算，它應該具有哪些最重要的部分呢？ 我們以打算盤爲例計算一道算術題。例：36＋163×156－166÷34。現在要進行運算，首先需要一把算盤，其次是紙和筆。我們把要計算的問題記錄下來，然後第一步先算163×156，把它與36相加的結果記在紙上，然後計算166÷34，再把它從上一次結果中減去，就得到最後的結果。 現在，我們用單片機來完成上述過程，顯然，它首先要有代替算盤進行運算的部件，這就是“運算器”；其次，要有能起到紙和筆作用的器件，即能記憶原始題目、原始數據和中間結果，還要記住使單片機能自動進行運算而編制的各種命令。這類器件就稱爲“存貯器”。此外，還需要有能代替人作用的控制器，它能根據事先給定的命令發出各種控制信號，使整個計算過程能一步步地進行。但是光有這三部分還不夠，原始的數據與命令要輸入，計算的結果要輸出，都需要按先後順序進行，有時還需等待。如上例中，當在計算163×156時，數字36就不能同時進入運算器。因此就需要在單片機上設置按控制器的命令進行動作的“門”，當運算器需要時，就讓新數據進入。或者，當運算器得到最後結果時，再將此結果輸出，而中間結果不能隨便“溜出”單片機。這種對輸入、輸出數據進行一定管理的“門”電路在單片機中稱爲“口”（Port）。在單片機中，基本上有三類信息在流動，一類是數據，即各種原始數據（如上例中的36、163等）、中間結果（如166÷34所得的商4、餘數30等）、程序（命令的集合）等。這樣要由外部設備通過“口”進入單片機，再存放在存貯器中，在運算處理過程中，數據從存貯器讀入運算器進行運算，運算的中間結果要存入存貯器中，或最後由運算器經“出入口”輸出。用戶要單片機執行的各種命令（程序）也以數據的形式由存貯器送入控制器，由控制器解讀（譯碼）後變爲各種控制信號，以便執行如加、減、乘、除等功能的各種命令。所以，這一類信息就稱爲控制命令，即由控制器去控制運算器一步步地進行運算和處理，又控制存貯器的讀（取出數據）和寫（存入數據）等。第三類信息是地址信息，其作用是告訴運算器和控制器在何處去取命令取數據，將結果存放到什麼地方，通過哪個口輸入和輸出信息等。 存貯器又分爲只讀存貯器和讀寫存貯器兩種，前者存放調試好的固定程序和常數，後者存放一些隨時有可能變動的數據。顧名思義，只讀存貯器一旦將數據存入，就只能讀出，不能更改（EPROM、E2PROM等類型的ROM可通過一定的方法來更改、寫入數據——編者注）。而讀寫存貯器可隨時存入或讀出數據。 實際上，人們往往把運算器和控制器合併稱爲中央處理單元——CPU。單片機除了進行運算外，還要完成控制功能。所以離不開計數和定時。因此，在單片機中就設置有定時器兼計數器，其基本結構與本連載之（二）中的舉例類似。到這裏爲止，我們已經知道了單片機的基本組成，即單片機是由中央處理器（即CPU中的運算器和控制器）、只讀存貯器（通常表示爲ROM）、讀寫存貯器（又稱隨機存貯器通常表示爲RAM）、輸入/輸出口（又分爲並行口和串行口，表示爲I/O口）等等組成。實際上單片機裏面還有一個時鐘電路，使單片機在進行運算和控制時，都能有節奏地進行。另外，還有所謂的“中斷系統”，這個系統有“傳達室”的作用，當單片機控制對象的參數到達某個需要加以干預的狀態時，就可經此“傳達室”通報給CPU，使CPU根據外部事態的輕重緩急來採取適當的應付措施。 現在，我們已經知道了單片機的組成，餘下的問題是如何將它們的各部分連接成相互關聯的整體呢？實際上，單片機內部有一條將它們連接起來的“紐帶”，即所謂的“內部總線”。此總線有如大城市的“幹道”，而CPU、ROM、RAM、I/O口、中斷系統等就分佈在此“總線”的兩旁，並和它連通。從而，一切指令、數據都可經內部總線傳送，有如大城市內各種物品的傳送都經過幹道進行。 |