第1章微处理器的基本结构和识图基础

1.1 微处理器的基本结构

1.1.1 微处理器的内部结构

随着计算机技术和集成电路工艺的发展，使微计算机的主要功能部分有可能制作在一块大规模集成电路芯片上。微计算机的运算放大器单元和控制单元是计算机的核心部分，这个核心部分集成于一块集成电路之中，便称之为微处理器（CPU）。将构成计算机的运算放大器、控制器、存储器、输入/输出电路和一些辅助电路都集成于一个大规模或超大规模集成电路之中便称为单片微处理器。由于它体积小巧，可以直接应用于任何需要进行自动运算放大器和控制的设备之中。微处理器的工作犹如人们的大脑，它是一种能模仿人的思维和动作的机器，而且能部分地代替“人脑”工作，因而被称之为“微电脑”。图1-1所示是应用在各种智能产品中的微处理器。

图1-1 应用在各种智能产品中的微处理器

图1-2所示是典型的CMOS微处理器的结构示意图，从图中可以看出，它是采用绝栅场效应晶体管制造工艺而成的一种双列直插式大规模集成电路，因而被称之为CMOS型微处理器，其中主要由以下几个部分组成：

图1-2 典型的CMOS微处理器的结构示意图

● 中央处理器（CPU）

● 电阻模块

● 稳压电路

● EPROM

● 外接引脚（42脚）

● 片上连接端

图1-3所示是典型微处理器的引脚排列和功能视图，图1-4所示是典型微处理器的内部功能方框图，各主要外接端子的功能如图中所示。

图1-3 典型微处理器的引脚排列和功能视图

图1-4 典型微处理器的内部功能方框图

微处理器的基本结构如图1-5所示，它在电子产品中仅作为一个智能化的功能单元，也就是整机中的一个部件，而且只能完成电子产品中的某些控制功能。

图1-5 微处理器的基本结构

微处理器是计算机的核心，它是计算机的中央处理器（CPU），其作用是控制和指挥计算机的各个部分，使之协调动作，从而完成电路的各种功能。

将微处理器及存储器、输入/输出接口电路等一起制成一块大规模或超大规模集成电路，它就有了整个计算机的功能。这样不仅使用、维修方便，而且能使整机成本大大降低，这种集成电路又称为单片微处理器。中央处理器是它的主体，所以也往往简称CPU。

计算机工作的最大特点是按照程序（指令群）进行动作的，并且有数据存储和记忆功能。存储器就是用以存放程序和数据的，它有两种基本的类型。一种是只读存储器（ROM），对于一些设备中要经常进行一些特定动作的程序，不需要用户改变。这样的程序在生产时就已经做好，存在ROM中，在使用中只读出不存入，这样程序又叫固化程序。另一种是随机存取存储器（RAM），使用者可根据需要存取。在家用电器中，操作简便是它的一大特点。

微处理器要想在家用电器制品中使用，就必须能够接收各种传感信息和人工信息，而它所执行的控制命令是通过电磁铁、电机等机械动作来实现的。被控部分同计算机联系的纽带就是输入/输出接口电路，它承担着信息和数据的交换和转换任务。

随着微处理器的不断成熟和完善，在许多辅助电路集成化的同时，为适应各个领域的需要，又出现了许多专用的大规模集成电路。在许多应用的场合，只需要几块这样的集成电路就可以构成一个控制系统。例如，将电视机的小信号处理电路与CPU集成在一起，一个集成电路就集成了电视机的很多电路，因而被称之为超级单片机，如图1-6所示。

图1-6 超级单片机

以微处理器为核心的微电脑控制系统，由于它体积小，使用灵活、成本低、可靠性高，并且易于掌握，所以它一问世，就受到人们的普遍欢迎，迅速地深入到各个领域中，也为家用电子电器产品增添了新的光彩，成为电子产品中最为活跃的角色。

微处理器具有很大的灵活性，它既可以作为独立的计算机使用，又可以在一些应用设备中以一个部件的形式组装，如在家电制品中只完成有限的运算放大器和控制功能，作为部件计算机来使用。在这种应用中，不需要它具备普通计算机的所有功能，也不需要普通计算机那样完整的外围设备，这也是在家电制品中常见的应用形式，也是它有别于普通计算机的地方。