助力通关硬件开发基础面专刊<8/30>--第三章最小系统---最小系统组成及CPU相关知识

3.1 最小系统

3.1.1单片机最小系统的组成部分

【考点映射】
》》》单片机最小系统的组成部分有哪些
》》》每个部分的作用？
》》》能画一下单片机最小系统吗？
【出现频度】⭐⭐⭐⭐
【难度】★★
【参考答案】
单片机最小系统组成部分：单片机、时钟电路、复位电路、电源电路、程序加载电路及其它外设。（前四个必不可少）

单片机是核心的元件，作为一个处理器，最小系统的其他部分都是为了配合单片机而产生的，同时程序也运行在单片机上。

时钟电路：为单片机提供稳定的时钟，相当于人体的心脏。一般可以分为有源和无源两种，通常与电容配合使用。

复位电路：一般为RC复位电路，作用是将单片机的运行状态复位为初始的状态，重新运行。当电源不稳定或者外界干扰，致使单片机工作出现异常，可以实行复位功能。

电源电路：主要为单片机及外设电路进行供电，将输入电压转换至合适的电压，进而为单片机和外设电路提供可靠的电源。主要有LDO和开关电源两种。

程序下载电路：程序通过该电路灌入到单片机中，让单片机运行起来。（不是必需，因为单片机可以提前烧录好程序，再焊接到板子上）

最小系统如图：
图片说明

3.1.2 CPU内部结构

【考点映射】
》》》CPU的组成部分有哪些？
》》》能简单描述下CPU工作原理吗？
【出现频度】⭐⭐

【难度】★★

中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，是一块超大规模的集成电路，也是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。

电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令进行译码并运行。

CPU的组成部分主要有三个：控制单元、运算单元和存储单元，这三者通过内部总线连接起来。如下图：

控制单元：是CPU的控制中心，协调整个CPU进行工作，由指令寄存器、指令译码器和操作控制器等。

运算单元：是CPU的核心，主要负责运算，执行算术运算和逻辑运算。

存储单元：包括CPU的缓存和寄存器组，进行暂时存放数据。

工作原理：

1、初始化，在程序运行之前，将程序指令序列的起始地址（程序的第一条指令所存放的内存单元地址）送入程序计数器（指令计数器），CPU根据程序计数器的指示从内存中取出第一条指令。

2、取出指令：CPU中的控制单元从内存读取指令，指令的内容包括操作码和操作数地址。

3、指令译码：针对指令进行译码，然后根据操作码和操作数地址，决定该指令在哪和进行何种操作。

4、执行指令：分成两个阶段，先取出操作数，然后再进行运算。

5、指令执行完毕后，修改指令计数器（程序指数器），决定下一条指令的地址。然后开始下一轮循环如下图。

总结：

CPU从内存中逐条地取出指令以及相应的数据，然后按照指令操作码的相关规定，对相应数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。

3.1.3 ROM和RAM的概念浅析

【考点映射】
》》》什么是RAM？
》》》什么是ROM？
》》》ROM和RAM有什么区别？
【出现频度】⭐⭐⭐
【难度】★★
【参考答案】
RAM：Random Access Memory，随机机存储内存，这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。

ROM: Read-Only Memory,即只读内存，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器，也就是只能读取里面的数据，而不能随意修改和删除里面的数据。其实，现在ROM的概念也包含“写”的概念，可以进行删除或者修改文件等操作

手机中的RAM和ROM分别对应电脑的内存和硬盘，内存负责程序的运行以及数据交换，有了它，电脑中的软件才能运行，并有了进程；具体对于手机而言，RAM决定了手机可以开多少后台程序。RAM越大，手机的运行速度就越快。不过关机后，RAM中的数据就丢失了。而硬盘就是一块存储空间，您可以存储各种各样的文件，包括视频、照片、音乐、软件等。即ROM决定了手机可以存放多少视频、音乐、软件等文件。