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。可以說，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(當然在調用程序的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，調用系統(tǒng)的初始化函數(shù)，將控制權交給了操作系統(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建的shell命令;如果不是，則shell假設它是一個可執(zhí)行文件(Linux上一般是elf格式)，然后調用一些相關的函數(shù)，將在硬盤上的p文件的內容拷貝到內存(DDR RAM)中，并建立一個它的運行環(huán)境(當然這里邊還有內存映射，虛擬內存，連接與加載，等一些其他東西)，準備執(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，只需要調用就可以了。如果在單片機上想用動態(tài)內存，也可以，但是這些代碼要自己去實現(xiàn)，并定義一個相應的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。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或片外程序存儲器中。因而一開機即可執(zhí)行指令。
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