單片機將中央處理器(CPU)、存儲和輸入輸出集成在一個芯片上?？梢哉f，單片機就是微機，只是它的功能和我們平時用的電腦不一樣，不是我們用的。像電腦一樣強大。計算機可以一個一個地運行應(yīng)用程序，單片機可以根據(jù)工程師的指令編寫可執(zhí)行文件來實現(xiàn)各種功能。那么，單片機是如何知道要執(zhí)行什么指令，要做什么動作，我們的指令又是如何被單片機識別的呢?了解這個過程可以加深對單片機的理解。

讓我們從最開始的環(huán)節(jié)講起。在單片機上電的瞬間，MCU的程序指針PC會被初始化為上電復(fù)位時的地址，從哪個地址處讀取將要執(zhí)行的指令，由此程序在MCU上開始執(zhí)行(當(dāng)然在調(diào)用程序的main之前，還有一系列其他的的初始化要做，如堆棧的初始化，不過這些很少回去修改)。PC在上電時，和MCU差不多，不過讀取的是BIOS，有它完成了很多初始化操作，最后，調(diào)用系統(tǒng)的初始化函數(shù)，將控制權(quán)交給了操作系統(tǒng)，于是我們看到了Windows、Linux系統(tǒng)啟動了。

如果將操作系統(tǒng)看作是在處理器上奔跑的一個大裸機程序(就是直接在硬件上跑的程序，因為操作系統(tǒng)就是直接跑在CPU上的，這樣看待是可以的，不過這個裸機程序功能很多，很強大)，那么操作系統(tǒng)的啟動很像MCU程序的啟動。前者有一個很大的初始化程序完成很復(fù)雜的初始化，后者有一段不長的匯編代碼完成一些簡單的初始化。這一點看，它們在流程上是很相似的。

如果是系統(tǒng)上的程序啟動呢?它們是由系統(tǒng)來決定的。Linux上在shell下輸入./p后，首先檢查是否是一個內(nèi)建的shell命令;如果不是，則shell假設(shè)它是一個可執(zhí)行文件(Linux上一般是elf格式)，然后調(diào)用一些相關(guān)的函數(shù)，將在硬盤上的p文件的內(nèi)容拷貝到內(nèi)存(DDR RAM)中，并建立一個它的運行環(huán)境(當(dāng)然這里邊還有內(nèi)存映射，虛擬內(nèi)存，連接與加載，等一些其他東西)，準(zhǔn)備執(zhí)行。

由以上可知，單片機上的程序和平時在系統(tǒng)上運行的程序相比，在啟動時差異是很大的(如果將程序調(diào)用main以前的動作，都抽象為初始化的話，程序的啟動可以簡化為：建立運行環(huán)境+調(diào)用main函數(shù)，這樣程序的執(zhí)行差異是不大的)。因為單片機上跑的程序(裸機程序)，是和操作系統(tǒng)一樣跑在硬件上的，它們屬于一個層次的。過去之所以沒有區(qū)分出單片機上的程序和PC機上的程序的一些差異，就是沒有弄明白這一點。

由此，以前的一些疑惑也就解開了。為什么在單片機上的程序不怎么使用malloc，而PC上經(jīng)常使用?因為單片機上沒有已經(jīng)寫好的內(nèi)存管理算法代碼，而在PC上操作系統(tǒng)里運行的程序，libc已經(jīng)把這些都做了，只需要調(diào)用就可以了。如果在單片機上想用動態(tài)內(nèi)存，也可以，但是這些代碼要自己去實現(xiàn)，并定義一個相應(yīng)的malloc，有時候一些公司會提供一些庫函數(shù)可能會實現(xiàn)malloc，但是因為單片機上RAM內(nèi)存十分有限，如果不知道它的運行方式，估計會很危險。同樣，因為在PC的系統(tǒng)上運行的程序與邏機程序的不同，裸機程序不會有動態(tài)鏈接，有的只是靜態(tài)鏈接。

分析單片機指令階段的任務(wù)是：將指令寄存器中的指令操作碼取出后進行譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。計算機執(zhí)行程序的過程實際上就是逐條指令地重復(fù)上述操作過程，直至遇到停機指令可循環(huán)等待指令。一般計算機進行工作時，首先要通過外部設(shè)備把程序和數(shù)據(jù)通過輸入接口電路和數(shù)據(jù)總線送入到存儲器，然后逐條取出執(zhí)行。但單片機中的程序一般事先我們都已通過寫入器固化在片內(nèi)或片外程序存儲器中。因而一開機即可執(zhí)行指令。