单片机是如何运作的？

单片机

　　了解了单片机的几个主要组成部门之后，我们知道是由这些部门构成了单片机的硬件。所谓硬件（Hardware），就是看得到，摸得到的实体。但是，光有这样的硬件，还只是有了实现计算和控制功能的可能性。单片机要真正地能进行计算和控制，还必需有软件（Software）的配合。软件主要指的是各种程序。只有将各种准确的程序“灌入”（存入）单片机，它才能有效地工作。单片机所以能自动地进行运算和控制，恰是因为人把实现计算和控制的步骤一步步地用命令的形式，即一条条指令（Instruction）预先存入到存贮器中，单片机在CPU的控制下，将指令一条条地掏出来，并加以翻译和执行。就以两个数相加这一简朴的运算来说，当需要运算的数已存入存贮器后，还需要进行以下几步：

　　第一步：把第一个数从它的存贮单元（Location）中掏出来，送至运算器。　　
第二步：把第二个数从它所在的存贮单元中掏出来，送至运算器；
第三步：相加；
第四步：把相加完的结果，送至存贮器中指定的单元。

　　所有这些取数、送数、相加、存数等等都是一种操纵（Operation），我们把要求计算机执行的各种操纵用命令的形式写下来，这就是指令。但是怎样才能辨别和执行这些操纵呢？这是在设计单片机时由设计职员赋予它的指令系统所决定的。一条指令，对应着一种基本操纵；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统（Iustruction Set），不同种类的单片机，其指令系统亦不同。

　　使用单片机时，事先应当把要解决的题目编成一系列指令。这些指令必需是选定的单片性能识别和执行的指令。单片机用户为解决自己的题目所编的指令程序，称为源程序（Source Program）。指令通常分为操纵码（Opcode）和操纵数（Operand）两大部门。操纵码表示计算机执行什么操纵，即指令的功能；操纵数表示参加操纵的数或操纵数所在的地址（即操纵数所存放的地方编号）。由于单片机是一种可编程器件，只“认得”二进码（0、1）。要单片机运作，单片机系统中的所有指令，都必需以二进制编码的形式来表示。例如，在Intel公司的MCS－51系列单片机中，从存贮器中掏出一数到CPU中的累加器（在运算器中，介入运算、存放运算结果的专用寄存器）的指令代码为74H，累加器内容加立刻数的代码为24H，再加上立刻数代码，累加器送数到内部RAM存贮器的代码为 F6H～F7H等。这些指令是用十六进制表示二进制的机器码。

　　 MCS－51单片机的字长为8位，有时，要完成某些操纵用一个字节尚不能充分表达。所以，在指令系统中有单字节指令，也有多字节指令。机器码是由一连串的 0和1组成，没有显著的特征，不好记忆，不易理解，易犯错。所以，直接用它来编写程序十分难题。因而，人们就用一些助记符（Mue monic）——通常是指令功能的英文缩写来代替操纵码，如MCS－51中数的传送常用MOV（Move的缩写）、加法用Add(Addition的缩写）来作为助记符。这样，每条指令有显著的动作特征，易于记忆和理解，也不轻易犯错。用助记符来编写的程序称为汇编语言程序。但是，助记符编写的程序便于人理解，可单片机却只熟悉二进制机器代码，因此，为了让单片性能“读懂”汇编语言程序必需再转换成由二进制机器码构成的程序，这种转换过程，就称为“汇编”。汇编可借助于人工查表法来实现，也可借助PC机通过所谓“交叉汇编程序”来完成。由机器码构成的用户程序一旦“进入”了单片机，再“启动”单片机，就可让它执行输入程序所划定的任务。