看穿单片机第四节：外设模型

外设模型

我们已经知道了CPU如何通过总线进行存储器的读写，也知道地址总线的宽度决定了CPU的寻址空间，数据总线的宽度则决定了CPU的位数(单次能够读写的数据量)，而控制总线在一定程度上影响了访存的速度(WR与RD为0的时间越短，访存速度越快，当然也要存储器速度跟得上才行)。有了CPU和存储器，以及连接它们的总线，这就足以构成一个完整的、可正常运行的计算机系统。我们可以把一些算法放在其中来运行，但是单片机(嵌入式处理器)并不仅仅只是用来作计算的，它更大的作用在于控制(所以单片机的英文缩写是MCU，即Micro Controller Unit，微控制单元)。IO是最直接、最常用的控制接口，我们可以将它置1或清0来输出高电平或低电平，从而实现对外部电路或机构的控制。

对前面振南的困惑从更基础的层面进行解释：C语言是如何实现对物理世界产生影响的?

在图1.6中，以CPU为核心，周边除了存储器(RAM与ROM)之外，还有很多控制器，比如IO控制器、串口控制器等等，这些就是所谓的“CPU外设”。外设其实就是一些电路，它用于实现某一特定的功能。这些电路肯定要受CPU的控制，因此在电路设计上留出了专门的接口(寄存器)。这个接口的读写是符合CPU总线时序的，所以它可以直接挂接在CPU总线上，与存储器、其它外设并存(但是分属于不同的地址区间，CPU向这些地址读写数据将对应于外设电路的不同功能)。更形象的说明请看图1.17。

图1.17 CPU外设的结构模型

很明显，CPU的整个寻址空间(它的大小由地址总线宽度决定)并不都是由存储器独占的。存储器只是占用其中的某一段而已，其它的地址空间一部分分配给各个外设，而更多的可能只是空闲保留。有人可能会问：“既然这样，那我们完全可以把自己作的电路接到CPU的总线上，为CPU扩展外设。”没错，只要CPU芯片把总线通过外部的引脚开放出来，我们就可以挂接自己的电路，让CPU直接去访问控制，比如挂接一个8080接口的液晶屏等。(51的xdata、STM32的FMC都是CPU内核将总线对外开放的实例，在后面大家会看到一些单片机外部总线巧妙的应用实例)。