淺談微處理器和微控制器

在電子和電氣領(lǐng)域，微處理器和微控制器的應(yīng)用非常廣泛，可以說無處不在。從中文字面上來看，二者雖然僅一字之差，但是功能和應(yīng)用卻大為不同。為便于大家更好的了解微處理器和微控制器之間的區(qū)別，本文將進(jìn)行簡(jiǎn)單的說明。

微處理器的概念

微處理器是一種電子計(jì)算機(jī)組件，由單個(gè)半導(dǎo)體 IC(集成電路)或微芯片上的微型晶體管和其他一些電路元件制成。微處理器的縮寫是μP或uP。CPU(中央處理單元)是最著名的微處理器，但計(jì)算機(jī)中的許多其他組件也都包含它們，例如視頻卡上的 GPU(圖形處理單元)。

在個(gè)人計(jì)算機(jī)的競(jìng)賽中，CPU和微處理器的名稱可以互換使用。在所有PC和大多工作站中都裝有微處理器。微處理器控制幾乎所有數(shù)字機(jī)器的邏輯，從無線電時(shí)鐘到汽車的燃料噴射結(jié)構(gòu)。微處理器是單個(gè)IC封裝多功能集成。

微處理器主要有五種類型，這些微小單元為計(jì)算機(jī)提供了“大腦”。在普通的硅微處理器內(nèi)部，會(huì)有許多微小的晶體管和極其微小的部件。所有這些組件都用于協(xié)助計(jì)算機(jī)按計(jì)劃工作。

微處理器的類型

微處理器主要包括以下五種類型，具體如下。

復(fù)雜指令集微處理器：這種類型的微處理器也稱為CISM。CISM對(duì)微處理器進(jìn)行分類，其中每個(gè)訂單都可以與其他幾個(gè)低級(jí)功能一起執(zhí)行。這些函數(shù)旨在執(zhí)行操作，例如將數(shù)據(jù)上傳到存儲(chǔ)卡、從存儲(chǔ)卡調(diào)用或下載數(shù)據(jù)或在單個(gè)命令中執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。

精簡(jiǎn)指令集微處理器：也稱為RISC，旨在加快計(jì)算機(jī)微處理器的速度。這些芯片是在允許微處理器在每個(gè)命令中執(zhí)行較少量的操作的指導(dǎo)下構(gòu)建的，這將允許它更快地完成更多命令。

超標(biāo)量處理器：這種類型的處理器復(fù)制微處理器上的硬件，以便它可以同時(shí)執(zhí)行大量指令。這些副本資源可以是提交的算術(shù)邏輯單元或乘法器。超標(biāo)量由幾個(gè)操作單元組成。超標(biāo)量微處理器通過同時(shí)向處理器中多余的操作單元傳輸大量指令，在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行多個(gè)命令。

專用集成電路：也稱為ASIC微處理器，用于極其精確的用途，可能包括汽車排放控制或個(gè)人數(shù)字助理計(jì)算機(jī)。ASIC有時(shí)是按規(guī)格生產(chǎn)的，但也可以通過使用現(xiàn)成的齒輪來制造。

數(shù)字信號(hào)多處理器 (DSP)：DSP是獨(dú)特的微處理器，用于對(duì)視頻進(jìn)行解碼和編碼，或?qū)?shù)字或視頻轉(zhuǎn)換為模擬，反之亦然。這些操作需要一個(gè)特別擅長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算的微處理器。DSP芯片通常用于聲納、移動(dòng)電話、雷達(dá)、家庭影院音頻設(shè)備和有線機(jī)頂盒。

微控制器的概念

微控制器是一種優(yōu)化用于管理電子產(chǎn)品的片上計(jì)算機(jī)，它特別適用于控制特定系統(tǒng)等精確任務(wù)。微控制器有時(shí)使用縮寫的uC、μC或MCU，從根本上說，它是一種專用的微處理器。

此外，微控制器是系統(tǒng)的一部分，基本上是一個(gè)完整的電路板，其中的一個(gè)顯著特征是內(nèi)建的中斷系統(tǒng)。作為面向控制的設(shè)備，微控制器經(jīng)常要實(shí)時(shí)響應(yīng)外界的激勵(lì)(中斷)，而且必須能夠執(zhí)行快速上下文切換，掛起一個(gè)進(jìn)程去執(zhí)行另一個(gè)進(jìn)程以響應(yīng)一個(gè)“事件”。

常見的微控制器有8051、英特爾的80196、Microchip的PIC系列。通常集成在玩具、汽車、電器和辦公機(jī)器當(dāng)中，微控制器是將許多微處理器系統(tǒng)組成融合在一個(gè)單獨(dú)的微芯片上，主要包括：

內(nèi)存(ROM 和 RAM)

CPU核心(微處理器)

一些并行數(shù)字I/O

微控制器集成許多有用的功能整合到一個(gè)單獨(dú)的IC中，這些功能包括：

執(zhí)行一組累積的命令以執(zhí)行用戶描述的作業(yè)的能力。

能夠熟練使用外圍存儲(chǔ)芯片從內(nèi)存中讀取和寫入數(shù)據(jù)。

微控制器的類型

微控制器按照內(nèi)部總線寬度、內(nèi)置微控制器、訂單集、內(nèi)存結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、IC芯片、VLSI內(nèi)核或Verilog文件和系列單元進(jìn)行分類。對(duì)于類似的單元，可能有一系列不同來源的版本。在這里，小編簡(jiǎn)單整理了在不同應(yīng)用中使用的幾種類型的微控制器。

8位微控制器：當(dāng)MCU中的內(nèi)部總線為8位總線時(shí)，ALU按順序?qū)σ粋€(gè)字節(jié)執(zhí)行邏輯和算術(shù)運(yùn)算。

16位微控制器：16位微控制器由16位總線組成，ALU對(duì)16位操作數(shù)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。與8位MCU相比，它提供更高的精度和性能。

32位微控制器：當(dāng)MCU中用于數(shù)據(jù)傳輸功能的內(nèi)部總線為32位總線時(shí)，ALU將按順序?qū)?2位操作數(shù)字執(zhí)行邏輯和算術(shù)功能。與16位MCU相比，它們提供了更好的精度和性能。

嵌入式微控制器：當(dāng)固定或嵌入式系統(tǒng)包括一個(gè)MCU，每個(gè)硬件和軟件部分都在一個(gè)單獨(dú)的單元中時(shí)，MCU被稱為嵌入式微控制器。在控制或使用外圍設(shè)備期間，極少或沒有額外的外圍單元或系統(tǒng)用于處理。例如，電話接收器電路采用內(nèi)置或嵌入式微控制器。

外部存儲(chǔ)器微控制器：當(dāng)內(nèi)置或嵌入式系統(tǒng)添加一個(gè)MCU時(shí)，該MCU的每個(gè)硬件和軟件部分都不是作為單獨(dú)的組件存在，并且通過發(fā)揮接口使全部或部分存儲(chǔ)器組件與外部接口電路又稱膠水電路，單片機(jī)又稱為外設(shè)或外存微控制器。例如，8031包括一個(gè)與其外部接口的程序存儲(chǔ)器，而8051具有內(nèi)部和外圍程序存儲(chǔ)器。

微處理器和微控制器之間的區(qū)別

微處理器和微控制器的不同之處在于，微控制器集成了微處理器的特性(ALU、CPU、寄存器)以及其它額外特性，例如ROM、RAM、計(jì)數(shù)器、輸入/輸出端口等。這里微控制器控制通過使用存儲(chǔ)在ROM中的固定程序來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能，該程序不隨持續(xù)時(shí)間而改變。

從另一個(gè)角度來看，微處理器和微控制器在架構(gòu)方面的主要區(qū)別在于它們的應(yīng)用領(lǐng)域。諸如奔騰系列或英特爾酷睿系列處理器或類似處理器的普通微處理器在計(jì)算機(jī)中作為通用功能的可編程單元。而在其它應(yīng)用中，它必須管理為其指定的許多不同的任務(wù)和程序。