在我們的日常生活中所使用的家用電氣與電子器件中包含有各種各樣的集成電路闆。電路闆上的零件使電子産品具有多種功能。在集成電路闆中最重要的零件莫過于單片機。單片機是一種集成電路芯片，它采用超大規模集成電路技術，把具有數據處理能力的中央處理器CPU和存儲器以及多種IO接口集成在一起。

在1971年全球第一個型号為4004的計算機微處理器，由美國英特爾公司推出。同時，單片機的技術也逐漸發展并得到廣泛應用。單片機全稱單片微型計算機又稱為微型控制器，可以理解為精簡版的計算機。

單片機主要由三部分組成，分别是CPU，存儲器和IO。這三個組成部分的功能是什麼呢？

CPU的主要功能是運算和控制。運算就是進行各種數學計算，而控制就是根據程序代碼來控制輸入輸出以及電平的高低。那麼程序代碼存放在什麼地方呢？

程序代碼是放在存儲器中的。單片機中的存儲器一般分為兩種，一種是隻讀存儲器ROM，另一種是随機存儲器RAM。隻讀存儲器，用來存儲用戶編譯好的程序，運行時CPU直接從隻讀存儲器中讀取指令來運行。指令運行過程中産生的臨時數據，如變量放在随機存儲器中。所以可以理解為隻讀存儲器是用來存放程序的，随機存儲器是用來存放數據的。

IO是輸入輸出模塊，主要用于外部電路與CPU進行溝通。

那麼這三者的具體工作流程是怎樣的呢？

這是一個單片機内部包含CPU，隻讀存儲器，随機存儲器和IO輸入輸出模塊。首先将寫好的程序通過下載器燒錄到單片機的隻讀存儲器ROM，然後程序逐條進入CPU，并在CPU内執行。例如CPU可以按照程序指示并通過IO模塊輸出高電平，點亮外部發光二極管。

如果程序所對應的指令為運算指令，那麼CPU就執行運算過程。如果在運算過程中産生了變量，那麼産生的變量将存放在随機存儲器中。因為CPU内部沒有存放變量的地方。

IO接口是單片機與外界的接口，可以作為數據接口對外部存儲器進行讀寫，也可以作為控制接口輸出控制指令，如電機控制繼電器控制等。也可作為人機交互接口，如液晶顯示，鍵盤輸入等。單片機中的各個模塊是按統一的節拍同步工作的，這個統一的節拍來源于單片機的時鐘，時鐘信号是一個高低電瓶交錯的信号。單片機在一個時鐘周期内隻能執行一條指令，而且單片機的時間單位都是時鐘周期的整數倍。時鐘信号來源于振蕩器，振蕩器分為内部RC振蕩器和外部晶體振蕩器，簡稱晶振。

由于内部RC振蕩器的誤差比較大，所以一般采用外部晶振在配合晶振電路，通電後産生一定頻率的時鐘信号。單片機的各個部件都要根據時鐘信号協調工作。時鐘周期的長度影響了單片機的速度，所以晶體振蕩頻率也叫做單片機的主頻。主頻越高，單片機的性能也越高。單片機的頻率一般為百兆赫茲級别，而電腦CPU的頻率一般為千兆赫茲級别。

總的來說，單片機是一種集成電路芯片，它采用超大規模集成電路技術，把具有數據處理能力的中央處理器CPU，存儲器以及多種IO接口集成在一起。CPU的主要功能是運算和控制，隻讀存儲器ROM是用來存放程序的,随機存儲器RAM用來存放數據的。IO是輸入輸出模塊，可以用作數據接口控制接口或人機交互接口。

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