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12 單晶片微處理機實習

2-1 單晶片微處理機

何謂單晶片呢？所謂單晶片就是將微電腦的結構，安置於同一個晶片而成的微電

腦。而微電腦的結構，指的就是中央處理單元（Central Processing Unit, CPU）、記憶體
單元（Memory）、輸入／輸出單元（Input/Output, I/O）等三大部分，將此三部分以積體

電路的方式整合在一起，即是所謂的單晶片，也有人稱之為單晶片微電腦（Single Chip
Microcomputer）、微控制器（MCU，Microcontroller）、或者是單晶片微控制器（Single

Chip Microcontroller），結構如圖 2-1。

CPU RAM、ROM
中央處理單元 記憶體單元

I / O
基本輸出入單元

圖 2-1 單晶片微處理機架構圖

一、中央處理單元

中央處理單元則是由算數邏輯單元（ALU，Arithmetic Logic Unit，簡稱 ALU）與控

制單元（CU，Control Unit）兩部分所組成，即是一般通稱的 CPU。CPU 透過匯流排（BUS）
執行指令的提取（Fetch）、解碼（Decode）與執行算術或邏輯的運算，此為單晶片最重

要的部分。以下就單晶片中算數邏輯單元及控制單元的功能做簡單介紹。

1. 算數邏輯單元：用於執行算數運算（例如：加、減、乘、除等）以及邏輯運算（例如：
NOT、OR、AND 等），能將記憶體單元或輸入單元送至中央處理單元的資料執行各種

運算，當運算完成後，再由控制單元將結果送至記憶體單元（儲存）或輸出單元（輸出）。

2. 控制單元：此單元在中央處理單元中，負責協調與指揮各單元間的資料傳送與運作，

使得單晶片可依照指令完成工作。在執行一個指令時，控制單元先予以解碼，瞭解指
令的動作意義後再執行（Execute）該指令，因此控制單元將指令逐一執行，直到做完

整個程式的所有指令為止。

單晶片的 CPU 就如同你所認識的個人電腦的 CPU 一樣，只是複雜度不同。