控制硬件，电子设备的头脑

今天，我们身边的大多数电子设备都使用微型计算机。手机和电视自不必说，冰箱、洗衣机、按下开关后LED就会闪烁这样的儿童玩具也使用微型计算机。那么，究竟微型计算机在那些机器内部做些什么呢？

微型计算机控制硬件，这是这些设备运行的关键。例如，它接收来自按钮和按键的输入，并根据预设程序控制外围电路，如电机和LCD。

让我们看看微型计算机是如何配置的。

微型计算机由CPU，内存，外围功能等组成。比作我们人类，CPU是思考，内存是记忆，周边功能是视觉等的感觉和手脚移动的神经。

即使CPU与思维相对应，也不会像人类那样有意识地自发地思考。预先准备好的指令组合(程序)存储在内存中，然后依次读取并执行该指令。CPU执行的命令不是高级的，如“走路”或“说话”。只需执行简单的指令，即从内存所在的位置执行“调用数据”或“写入”，或加法、乘法和逻辑运算。通过组合这些简单的指令来实现复杂的功能。

思考-CPU

程序计算

程序计数器(PC)是存储有指示CPU从存储器的哪个位置调用指令的地址(在存储器中的位置信息，如地址)的寄存器。通常，当执行地址0000地址的命令时，自动增加一个值，使其成为0001地址，当一个命令结束时，它会递进一个并显示下一个命令所在的地址。可以说决定了程序执行的流程。

指令解码电路

指令解码电路对从存储器读取的指令进行解密。运算电路根据解密结果运行。

计算电路

运算电路也被称为ALU(Arithmetic And Logic Unit)，是按名称进行运算的电路。执行算术运算，包括加法和乘法，逻辑积，逻辑和，位移等逻辑运算。运算的控制是从指令解码电路进行的。通常，运算电路由复杂的组合电路组成。

CPU内部寄存器

CPU内部寄存器是存储临时信息的地方。有一个特殊的寄存器，例如存储要计算的值和计算结果的通用寄存器，以及用于计算标志等的标志寄存器。也就是说，运算电路进行运算时，并不是直接运算内存值，而是将内存上的数据暂时复制到通用寄存器中，并在该通用寄存器中进行运算。

存储-内存

作为微型计算机的存储部分的存储器，主要保存程序和数据，大致分为ROM和RAM。

ROM

写入的数据不能被擦除，但即使关闭电源，数据也不会消失的只读存储器被称为ROM(只读存储器)。
主要保存在开机或重置时执行的程序或程序执行过程中不变的常量。

在微型计算机中，作为ROM安装闪存的有很多。闪存虽然是关机后内容也不会消失的ROM，但具有可以改写数据内容的优点。

RAM

数据的读写可以自由进行，但切断电源后内容消失的内存被称为RAM(Random Access Memory)。它主要用于存储程序的变量。

在单片微型计算机(中，SRAM经常用于内置RAM。可快速访问，但由于内部结构复杂，难以实现高密度，不适用于大容量内存。

单片微型计算机：CPU、ROM、RAM、振荡电路、定时器、串行I/F等集成在一个LSI中。将在单片微型计算机中进一步取入系统的主要外围电路的电路称为系统LSI。

RAM应用中使用的内存除了SRAM之外还有DRAM。DRAM具有易于集成的结构，因此比SRAM容量大。但是，由于难以在一个晶片上形成高速逻辑电路和DRAM，所以一般的单片微型计算机不内置，大部分都是作为外围电路进行连接的。

为何要使用微型计算机

微型计算机用于很多电子设备的理由是什么呢？

作为一个例子，想设计一个电路，通过按下开关来点亮LED。如果不使用微型计算机，则电路如下图所示。LED和开关，电阻的简单构成啊。

另一方面，在使用微型计算机的情况下，如下图所示。

看上去没有什么不同，甚至是多此一举。

让这个设计的电路的动作稍微复杂一点吧。例如，假设在按下开关一段时间后使LED闪烁。在使用微型计算机的情况下，只要改变微型计算机的程序就可以实现，而不需要改变已经设计的电路。但是，如果不使用微型计算机进行设计，则需要增加定时器IC，或者用标准逻辑IC或FPGA构成逻辑电路。

也就是说，如果使用微型计算机，功能变更和新功能的追加就很容易了。这就是为什么在许多电子设备中使用微型计算机的原因。