單板機與單片機兩者的區(qū)別和聯(lián)系

本文簡明扼要地介紹微處理器、微控制器、單板機和單片機的概念和最基礎(chǔ)性知識。

計算機微處理器與嵌入式微處理單元

（A）微型計算機的微處理器

通用微處理器（MPU）代表一個功能強大的CPU，但不是為任何已有的特定計算目的而設(shè)計的芯片。

通用微處理器是通用微型計算機的微處理器（Microprocessor，縮寫μP）。它是由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）。

微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器、外圍電路芯片和輸入輸出（I/O）部件組成微型計算機。

微處理器是微型計算機的核心部件。

從物理上來說，微處理器是一塊集成了數(shù)量龐大的微型晶體管與其他電子組件的半導(dǎo)體集成電路芯片。

最常見的通用微型計算機的微處理器是Intel（英特爾）公司和AMD公司的X86系列芯片，以及Motorola（摩托羅拉）公司的68000系列芯片。

如前所述，對于通用微型計算機，微處理器叫作中央處理器（CPU）。

專門用作圖像數(shù)據(jù)處理的微處理器叫作圖形處理器（Graphics ProcessingUnit，GPU），如Nvidia（英偉達）GeForce 7X0 GPU。

專門用于音頻數(shù)據(jù)處理的微處理器叫作音頻處理器（Audio Processing Unit，APU），如Creative emu10k1 APU。

（B）嵌入式系統(tǒng)的微處理單元

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求（功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等）靈活裁剪軟件硬件模塊的專用計算機系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成。嵌入式系統(tǒng)的軟件只包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。嵌入式系統(tǒng)的硬件包括信號處理器、存儲器、通信模塊等。

從硬件角度看，嵌入式系統(tǒng)主要有下列四種類型；或者說，嵌入式系統(tǒng)的微處理單元有下列四種：

（1）嵌入式微處理器（MicroProcessor Unit，MPU）

1971年11月，英特爾公司推出了世界上第一個微處理器4004。這是4位字長的微處理器芯片。

現(xiàn)在的嵌入式微處理器（MPU）是由通用計算機中的CPU演變而來的。它是具有32位以上的處理器。與工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。

也有由通用微處理器發(fā)展出來的嵌入式微處理器。比如，Intel的386EX就是由80386微處理器發(fā)展出來的嵌入式微處理器。

主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

ARM架構(gòu)的微處理器占據(jù)智能手機微處理器市場的90%。

（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit， MCU）

早期的微控制器（Microcontroller Unit，MCU）是將一臺計算機各種必要部件集成到一個芯片中，實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用，故又稱單片機（single chip microcomputer）。

單片機是一種集成電路芯片，是構(gòu)成的一臺微型計算機的主機。與微型計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。

與嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器適合于實時控制，因此稱為微控制器。

MCU擁有的品種最多。比較有代表性的MCU有8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列，以及MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。

MCU占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場份額。

（3）嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor， EDSP）

DSP（數(shù)字信號處理器）是專門用于信號處理方面的處理器。它具有很高的編譯效率和指令執(zhí)行速度，能夠極快地進行離散時間信號處理。

在音頻和視頻通信的場合，以及在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上，DSP獲得了廣泛的應(yīng)用。

應(yīng)用最廣的DSP是TI（德州儀器）的TMS320C2000/C5000系列和Motorola的5600X系列；其次是Intel（英特爾）的MCS-296，Siemens（西門子）的TriCore，等等。

（4）嵌入式片上系統(tǒng)（System OnChip）

嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）是具有很大包容的集成器件。SoC最大的特點是實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。

比較典型的SoC產(chǎn)品是Philips（菲利普）的Smart XA。其它的SOC產(chǎn)有Siemens（西門子）的TriCore，Motorola（摩托羅拉）的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片，等等。

單板機、單片機以及它們的區(qū)別和聯(lián)系

（A）單板機及其與微處理器的關(guān)系

單板機是在一塊PCB電路板上把CPU（微處理器）、ROM（只讀存儲器）、RAM（隨機存儲器）和I/O（輸入/輸出）接口電路等大規(guī)模集成電路片子組裝在一起，并配有必要簡單外部設(shè)備，例如鍵盤和顯示器，從而形成的微型計算機。

單板機的核心部件是微處理器。這是單片機的CPU（中央處理器）。

單板機是最簡單的、完整的微型計算機。

PCB（Printed Circuit Board），即印制線路板，簡稱印制板，是電子工業(yè)的重要部件之一。幾乎每種電子設(shè)備，小到電子手表、計算器，大到計算機、通信電子設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元件，為了使各個元件之間的電氣互連，都要使用印制板。

（B）單片機及其與微控制器的關(guān)系

單片機是一種集成電路芯片。它把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機存儲器（RAM）、多種I/O（輸入/輸出）接口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能集成到一塊芯片上，構(gòu)成的一個微型計算機的主機。

單片機的核心部件是微控制器，又叫CPU（中央處理器）。

現(xiàn)在，業(yè)內(nèi)人士把微控制器稱為單片機。

單片機是專門用作嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的單芯片微型機。為了滿足不斷擴展的嵌入式應(yīng)用需求，不斷在片內(nèi)增加各種單元電路，而形成目前廣泛使用的微控制器。因此，單片機是一個典型的普及型的嵌入式系統(tǒng)，因為它們除了嵌入式應(yīng)用之外沒有其他用途。

單片機適合于實時控制，因此稱為微控制器（MCU）。

（C）單板機與單片機的聯(lián)系和區(qū)別

單片機與單板機的聯(lián)系是：單片機加上I/O設(shè)備，例如鍵盤和顯示器，就成為單板機。

單板機與單片機的根本區(qū)別在于：單板機是完整的微型計算機；而單片機只有微型計算機的主機，沒有輸入輸出（I/O）設(shè)備。

其次，單板機的核心是微處理器；單片機的核心是微控制器?，F(xiàn)在單片機成了微控制器的代稱。

單片機的研制發(fā)展和51系列單片機

單片機發(fā)展歷史的前期，英特爾（Intel）公司主導(dǎo)了單片機的研制和發(fā)展。

英特爾公司于1980年推出了8位MCS-51系列單片機。它與以前的機型MCS-48相比，功能增強了許多，運行速度提高了許多。

Intel 51系列是基本型，包括8031、8051、8751、8951這四個機種。它們都使用8031指令系統(tǒng)，其區(qū)別僅在于片內(nèi)儲存器容量。8051的ROM（只讀存儲器）容量為4KB。

英特爾8051單片機屬于MCS-51系列單片機的一種，是MCS-51系列單片機中的最基礎(chǔ)的單片機型號。

由于Intel公司將重點放在286、386、486、奔騰等高檔芯片開發(fā)上，沒有重視MCS-51系列單片機。Intel公司將MCS-51系列的8051內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出讓給世界許多著名的企業(yè)，如Philips（菲利普）、NEC（日本電器）、Atmel（艾特梅爾）、AMD、Dallas、Siemens（西門子）、Fujutsu（富士通）、OKI（沖電器）、華邦、LG等。這些企業(yè)在保持與8051單片機兼容的基礎(chǔ)上，對8051單片機做了很多改善。

這使得以英特爾8051為內(nèi)核的MCS-51單片機系列在世界上應(yīng)用最廣泛，產(chǎn)量最大。其中，英特爾80C51已成為8位單片機的主流，成了事實上的標準MCU芯片單片機。

MCU單片機占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場份額。

51系列單片機是對各家公司開發(fā)制造的所有兼容Intel公司 8031指令系統(tǒng)的、基于8051芯片的單片機的統(tǒng)稱。

51系列單片機是中國和世界應(yīng)用最廣的一種單片機。
責(zé)任編輯：tzh