微處理器和微控制器的區(qū)別

微處理器和微控制器的區(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。在后面可以了解到，微控制器的應(yīng)用范圍非常廣泛。

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(kāi)微波爐的門(mén)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(guò)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(lái)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(guò)使用地址指針和地址偏移，微處理器提供了可以訪問(wèn)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(wèn)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(hù)程序中無(wú)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(kāi)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(lái)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(guò)一個(gè)1位的接口），微控制器具有專(zhuān)門(mén)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(guò)，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)。控制程序的設(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。微處理器不具備這樣的特點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儚?qiáng)大的尋址模式使得指令編碼不夠簡(jiǎn)潔。

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審核編輯：何安