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前面在介绍嵌入式系统时已经提到，微控制器（MCU）是一种典型的嵌入式处理器芯片。这个芯片内部集成了构成小型计算机系统的基本功能部件。本书将以典型的8051微控制器（单片机）为原型，介绍MCU的内部结构，如图1.4所示。从图1.4中可知，其主要功能模块包括：中央处理单元（CPU）、程序存储器、随机访问存储器（RAM）、中断系统、定时器/计数器、外部设备接口模块（如：通用输入/输出接口）等，以及连接各个功能部件的总线。
中央处理单元（CPU）是单片机系统的大脑和中枢，它可以完成下面最基本的功能：
（1）与不同地址空间的不同类型的存储器交换信息。通过对存储器的存/取操作，实现CPU与存储器之间的信息交换过程。
（2）执行逻辑和算术运算。基本的和常用的指令包括加/减运算、逻辑按位或运算、逻辑按位与运算、逻辑按位异或运算、移位运算等。
图1.4 8051单片机内部简化结构
程序存储器用于保存将要执行的程序代码。一般，STC 8051单片机内提供的程序存储器采用了非易失性工艺，即一旦把将要运行的程序“烧写”（固化）到程序存储器中，它就一直会存在，而不依赖于单片机是否处于上电还是断电的状态。只有将新的程序“重新烧写”（重新固化）到程序存储器中，才能覆盖掉上一次“烧写”（固化）在程序存储器中的程序。
从工艺来说，大多数单片机的程序存储器采用Flash工艺，极少数的单片机采用一次可编程（One-Time-Programmable,OTP）工艺。当采用Flash工艺时，设计者可以多次修改和固化程序；当采用OTP工艺时，一旦程序固化，设计者就再也没有机会修改程序了。
随机访问存储器（Random Access Memory,RAM）用于“暂存”程序中需要临时保存的数据，它采用易失性的工艺，即当STC 8051单片机处于断电状态时，RAM内的数据将全部丢失。在STC 8051单片机中，提供了用于不同目的的RAM，包括片内基本RAM、片内扩展RAM，以及可通过并行总线扩展的外部RAM。通过使用不同的指令，可以访问这些RAM资源。
中断系统用于CPU对紧急事件的处理。当CPU正在执行当前的程序时，外部设备发出了紧急事件的请求，即通常所说的中断请求信号，此时如果CPU允许立即处理当前紧急事件，则CPU暂时停止继续运行（打断）当前正在执行的程序，然后对紧急事件进行处理。用于处理紧急事件的程序，称为中断服务程序。
当CPU开始处理外部紧急事件时，会通过中断系统通知外部设备CPU已经开始处理紧急事件。这样，外部设备会做出相应的判断。
在8051单片机中，定时器/计数器单元是一个最基本的功能单元，可以对不同事件进行同步。通常，当定时器中的计数值到达预先设置的计数初值时，就会产生定时器中断信号。通过这个信号，可以同步外部设备。
作为全球最大的8051 MCU生产厂商，STC公司所提供的不同系列8051单片机的外部设备接口模块不尽相同；但是，都提供了通用输入/输出（General Purpose Input&Output, GPIO）接口和RS-232接口。
根据产品的应用范围，STC公司不同系列的8051单片机还提供了一些个性化的外设。例如，在STC8系列单片机中集成了12位的模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）模块和集成电路总线（Inter-Integratel Circnit,I 2 C）模块，用于满足不同的应用请求。
总线是一组逻辑信号的集合，基于8051单片机系统的总线架构，总线包括控制总线、地址总线和数据总线。
对于8051单片机系统而言，总线分为内部总线和外部总线。其中：
（1）内部总线用于连接芯片内各个模块单元，参见图1.4。
（2）外部总线用于将外部设备连接到单片机上。STC公司的8051单片机提供了外部并行总线，通过该总线可以为8051单片机扩展外部存储器资源，也可以同时连接多个外部设备。通过外部并行总线，可以显著提高8051单片机内CPU访问外部设备的速度和吞吐量。
思考与练习1-6：说明在8051单片机中所包含的主要功能单元，以及它们各自实现的任务。
思考与练习1-7：说明在8051单片机内程序存储器所采用的工艺，以及随机访问存储器所采用的工艺。