微處理器與微控制器的定義

　　微處理器

　　微處理器（MPU）通常代表一個(gè)功能強(qiáng)大的CPU，但不是為任何已有的特定計(jì)算目的而設(shè)計(jì)的芯片。這種芯片往往是個(gè)人計(jì)算機(jī)和高端工作站的核心CPU。最常見的微處理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。早期的微控制器是將一個(gè)計(jì)算機(jī)集成到一個(gè)芯片中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用，故稱單片機(jī)（single chip microcomputer）。隨后，為了更好地滿足控制領(lǐng)域的嵌入式應(yīng)用，單片機(jī)中不斷擴(kuò)展一些滿足控制要求的電路單元。目前，單片機(jī)已廣泛稱作微控制器（MCU）。也有由微處理器發(fā)展的微控制器，比如，Intel的386EX就是很成功的80386微處理器的微控制器版本。它與嵌入式應(yīng)用的微處理器一樣，也稱為嵌入式微處理器。嵌入式處理器的高端產(chǎn)品有：Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片。

　　微控制器

　　中央處理器，或簡(jiǎn)稱為處理器，英文縮寫為CPU，即Central Processing Unit，是電子計(jì)算機(jī)（港譯-電子計(jì)算器）的主要設(shè)備之一，其功能主要是解譯計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。CPU為電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)提供了基本的數(shù)字計(jì)算特性。CPU、存儲(chǔ)設(shè)備和輸入/輸出設(shè)備是現(xiàn)代微型電腦的三大核心部件。由集成電路制造的CPU通常稱為微型處理器。從20世紀(jì)70年代中期開始，單芯片微型處理器幾乎取代了所有其他類型的CPU，今天CPU這個(gè)術(shù)語幾乎成為了所有微型處理器的代稱。

　　CPU的組成

　　運(yùn)算器：算數(shù)、邏輯（部件：算數(shù)邏輯單元、累加器、暫存器組、路徑轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線）

　　控制器：復(fù)位、使能（部件：計(jì)數(shù)器、指令暫存器、指令解碼器、狀態(tài)暫存器、時(shí)序產(chǎn)生器、微操作信號(hào)發(fā)生器）

　　微處理器與微控制器的區(qū)別

　　區(qū)別主要集中在硬件結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域和指令集特征3個(gè)方面：

　　1）硬件結(jié)構(gòu)

　　微處理器是一個(gè)單芯片CPU，而微控制器則在一塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電路，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。除了CPU，微控制器還包括RAM、ROM、一個(gè)串行接口、一個(gè)并行接口，計(jì)時(shí)器和中斷調(diào)度電路。這些都集成在一塊集成電路上。雖然片上RAM的容量比普通微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還要小，但是這并未限制微控制器的使用，微控制器的應(yīng)用范圍非常廣泛。其中， 微控制器的一個(gè)重要的特征是內(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）。微控制器必須執(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”。例如，打開微波爐的門就是一個(gè)事件，在基于微控制器的產(chǎn)品中這個(gè)事件將觸發(fā)一個(gè)中斷。微處理器也能擁有強(qiáng)大的中斷功能，但是通常需要外部元件的配合，而微控制器在片上集成了所有處理中斷必需的電路。

　　2）應(yīng)用領(lǐng)域

　　微處理器通常作為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的CPU使用。其設(shè)計(jì)正是針對(duì)這樣的應(yīng)用，這也是微處理器的優(yōu)勢(shì)所在。然而，微控制器通常用于面向控制的應(yīng)用。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)追求小型化，盡可能減少元器件數(shù)量。在過去，這些應(yīng)用通常需要用數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)。使用微控制器可以減少元器件的使用數(shù)量，只需一個(gè)微控制器、少量的外部元件和存儲(chǔ)在ROM中的控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能。微控制器適用于那些以極少的元件實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行控制的場(chǎng)合，而微處理器適用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行信息處理。

　　3）指令集特征

　　由于應(yīng)用場(chǎng)合不同，微控制器和微處理器的指令集也有所不同。微處理器的指令集增強(qiáng)了處理功能，使其擁有強(qiáng)大的尋址模式和適于操作大規(guī)模數(shù)據(jù)的指令。微處理器的指令可以對(duì)半字節(jié)、字節(jié)、字，甚至雙字進(jìn)行操作。通過使用地址指針和地址偏移，微處理器提供了可以訪問大批數(shù)據(jù)的尋址模式。自增和自減模式使得以字節(jié)、字或雙字為單位訪問數(shù)據(jù)變得非常容易。另外，微處理器還具有其他的特點(diǎn)，如用戶程序中無法使用特權(quán)指 令等。 微控制器的指令集適用于輸入/輸出控制。許多輸入/輸出的接口是單/位的。例如，電磁鐵控制著馬達(dá)的開關(guān)，而電磁鐵由一個(gè)1位的輸出端口控制。微控制器具有設(shè)置和清除單位的指令，也能執(zhí)行其他面向位的操作，如對(duì)“位”進(jìn)行邏輯與、或和異或的運(yùn)算，根據(jù)標(biāo)志位跳轉(zhuǎn)等。很少有微處理器具備這些強(qiáng)大的位操作能力，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)微處理器時(shí)，僅考慮以字節(jié)或更大的單位來操作數(shù)據(jù)。 在對(duì)設(shè)備的控制和監(jiān)視方面（可能是通過一個(gè)1位的接口），微控制器具有專門的內(nèi)部電路和指令用于輸入/輸出、計(jì)時(shí)和外部中斷的優(yōu)先權(quán)分配。微處理器一般需要配合附加的電路（串行接口芯片、中斷控制器、定時(shí)器等）才能執(zhí)行相同的任務(wù)。不過，單純就處理能力而言，微控制器永遠(yuǎn)達(dá)不到微處理器的水平（在其他條件相同的情況下），因?yàn)槲⒖刂破餍酒械募呻娐返暮艽笠徊糠钟糜趯?shí)現(xiàn)其他的片上功能，代價(jià)就是犧牲掉一部分處理能力。 由于微控制器芯片上的資源非常緊張，它的指令必須非常精簡(jiǎn)，大部分指令的長(zhǎng)度都短于1個(gè)字節(jié)?？刂瞥绦虻脑O(shè)計(jì)原則通常是要求程序能夠裝入片上的ROM，因?yàn)榧词怪辉黾?片外部ROM也將顯著提高產(chǎn)品的硬件成本。微控制器指令集的基本特點(diǎn)就是具有精簡(jiǎn)的編碼方案。