微(wei)處(chu)理器(qi)(qi)與微(wei)控制器(qi)(qi)的差別
時間：2018-12-24 來源：華清遠(yuan)見(jian)
1.微處理器
1.1什么是微處理器
微(wei)(wei)處理器由一片(pian)或少數幾(ji)片(pian)大(da)規模集成(cheng)電路(lu)組(zu)成(cheng)的(de)(de)中央處理器。這些電路(lu)執(zhi)行控制部(bu)件(jian)(jian)和(he)算(suan)(suan)術邏(luo)輯部(bu)件(jian)(jian)的(de)(de)功能。其功能主要是解釋計算(suan)(suan)機(ji)(ji)指令以(yi)及處理計算(suan)(suan)機(ji)(ji)軟件(jian)(jian)中的(de)(de)數據，并執(zhi)行指令，以(yi)及與外(wai)界(jie)存儲(chu)器和(he)邏(luo)輯部(bu)件(jian)(jian)交換信息(xi)等(deng)操(cao)作，是微(wei)(wei)型計算(suan)(suan)機(ji)(ji)的(de)(de)運算(suan)(suan)控制部(bu)分。它(ta)可(ke)與存儲(chu)器和(he)外(wai)圍電路(lu)芯片(pian)組(zu)成(cheng)微(wei)(wei)型計算(suan)(suan)機(ji)(ji)。
1.2分類
根據微處(chu)理器的應用(yong)領域，微處(chu)理器大致可以分為三類：
(1)通用高性(xing)能微處(chu)理器
通用(yong)處理器追求高性(xing)能，它(ta)們用(yong)于(yu)運行通用(yong)軟件，配備(bei)完備(bei)、復(fu)雜的操作系(xi)統。我們平常使用(yong)的臺式(shi)計算機、筆記本CPU就(jiu)屬(shu)于(yu)此類。
(2)嵌入式微(wei)處理器(qi)和數字信號(hao)處理器(qi)
嵌(qian)入式微處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)強(qiang)調處(chu)(chu)理(li)特(te)定(ding)應用問題的(de)高性能(neng)，主要用于(yu)運(yun)行面向特(te)定(ding)領域(yu)的(de)專用程序(xu)，配備輕量級操作(zuo)系統，主要用于(yu)蜂窩(wo)電(dian)話(hua)、CD播放機(ji)等(deng)消費類家電(dian)。嵌(qian)入式處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)的(de)高端產品(pin)有：Advanced RISC Machines公(gong)司的(de)ARM、Silicon Graphics公(gong)司的(de)MIPS、IBM和(he)Motorola的(de)Power PC、Intel的(de)X86和(he)i960芯(xin)片、AMD的(de)Am386EM、Hitachi的(de)SH RISC芯(xin)片;掌(zhang)上電(dian)腦(nao)的(de)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)有六類處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)，分別(bie)是：英特(te)爾(er)的(de)PXA系列(lie)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)、MIPS處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)、StrongARM系列(lie)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)、日立SH3處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)、摩托羅拉龍珠系列(lie)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)和(he)德州儀器(qi)(qi)OMAP系列(lie)處(chu)(chu)理(li)器(qi)(qi)。
(3)微控制器(qi)
微控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)價(jia)位(wei)相對較(jiao)低(di)，在(zai)微處(chu)理器(qi)(qi)市場上需(xu)求量最大(da)(da)，主要用于汽車、空調、自動機(ji)械等領域的(de)(de)自控(kong)(kong)設備。微控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)的(de)(de)典(dian)型(xing)代表是(shi)單片(pian)機(ji)，和(he)嵌入(ru)式微處(chu)理器(qi)(qi)相比(bi)，微控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)的(de)(de)最大(da)(da)特(te)點(dian)是(shi)單片(pian)化，體(ti)積大(da)(da)大(da)(da)減小，從而(er)使功耗和(he)成本(ben)下降、可靠性(xing)提高(gao)。微控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)是(shi)目前(qian)嵌入(ru)式系統工(gong)業的(de)(de)主流。微控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)的(de)(de)片(pian)上外設資源一般較(jiao)豐富，適合(he)于控(kong)(kong)制(zhi)，因此稱微控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)。，比(bi)較(jiao)有代表性(xing)的(de)(de)包8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，STM32、ARM7/9/10、PIC32、AVR32。并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和(he)兼容系列。
2.微控制器
2.1什么是微控制器
微(wei)控制器(qi)是(shi)將微(wei)型(xing)計算機(ji)的主要部分集成在一個(ge)芯(xin)片上的單芯(xin)片微(wei)型(xing)計算機(ji)。微(wei)型(xing)計算機(ji)是(shi)由大規模集成電(dian)(dian)(dian)路組成的、體積較小的電(dian)(dian)(dian)子(zi)計算機(ji)。它(ta)是(shi)以微(wei)處理器(qi)為基礎，配以內存儲器(qi)及輸入輸出(I/0)接口(kou)電(dian)(dian)(dian)路和相應的輔(fu)助電(dian)(dian)(dian)路而構成的裸機(ji)。
2.2分類
微控制器（Microcontroller Unit，即MCU）可從不同方面進行(xing)分類：
(1)根據數據總線寬度可分為8位(wei)、16位(wei)和32位(wei)機
(2)根(gen)據(ju)存儲器結(jie)構(gou)可分為Harvard結(jie)構(gou)和Von Neumann結(jie)構(gou)
(3)根據內嵌(qian)程序存儲器的類別可(ke)分為(wei)OTP、掩膜(mo)、EPROM/EEPROM和閃(shan)存Flash
(4)根據指令結構又可(ke)分為CISC(Complex Instruction Set Computer）和RISC(Reduced Instruction Set Computer）微控(kong)制器
3.微(wei)處(chu)理器(qi)和微(wei)控制器(qi)的區別
這樣的區別(bie)主要集中在硬(ying)件結構(gou)、應用領域和指令集特征3個方(fang)面：
(一)硬件結構
微(wei)(wei)處(chu)理器(qi)是一(yi)(yi)(yi)個單芯片CPU，而微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)則在一(yi)(yi)(yi)塊集(ji)成電路芯片中(zhong)集(ji)成了(le)(le)CPU和其他電路，構成了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)個完整(zheng)的微(wei)(wei)型計(ji)算(suan)機系統。大(da)多(duo)數微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)的完整(zheng)結構除(chu)了(le)(le)CPU，微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)還(huan)包括RAM、ROM、一(yi)(yi)(yi)個串(chuan)行接口(kou)、一(yi)(yi)(yi)個并行接口(kou)，計(ji)時器(qi)和中(zhong)斷調度電路。這些都集(ji)成在一(yi)(yi)(yi)塊集(ji)成電路上。雖(sui)然片上RAM的容(rong)量比普通微(wei)(wei)型計(ji)算(suan)機系統還(huan)要小，但是這并未限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)的使用。
微(wei)(wei)控制器(qi)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)重要的(de)(de)(de)特(te)征是(shi)內建的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)(zhong)斷系(xi)統。作(zuo)為(wei)面(mian)向控制的(de)(de)(de)設備，微(wei)(wei)控制器(qi)經常要實時響(xiang)(xiang)應外(wai)界的(de)(de)(de)激勵（中(zhong)(zhong)(zhong)斷）。微(wei)(wei)控制器(qi)必須執行(xing)快速上下文切(qie)換，掛起一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)進程去執行(xing)另一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)進程以響(xiang)(xiang)應一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)“事件(jian)”。例如，打開微(wei)(wei)波爐的(de)(de)(de)門就是(shi)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)事件(jian)，在(zai)基于(yu)微(wei)(wei)控制器(qi)的(de)(de)(de)產品中(zhong)(zhong)(zhong)這個(ge)(ge)事件(jian)將(jiang)觸發(fa)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)中(zhong)(zhong)(zhong)斷。微(wei)(wei)處理器(qi)也(ye)能(neng)(neng)擁有強大的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)(zhong)斷功能(neng)(neng)，但是(shi)通常需要外(wai)部元(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)配合，而微(wei)(wei)控制器(qi)在(zai)片(pian)上集成了所有處理中(zhong)(zhong)(zhong)斷必需的(de)(de)(de)電路。
(二)應用領域
微(wei)處(chu)理器(qi)通常作為微(wei)型計算(suan)機系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)的(de)CPU使用(yong)(yong)(yong)(yong)。其設(she)計正(zheng)是針對這樣(yang)的(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)，這也是微(wei)處(chu)理器(qi)的(de)優勢所在。然而，微(wei)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)通常用(yong)(yong)(yong)(yong)于面向控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)的(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)。其系(xi)(xi)統(tong)設(she)計追求(qiu)小型化，盡可(ke)能(neng)(neng)減少(shao)元(yuan)器(qi)件(jian)數(shu)量。在過去，這些應用(yong)(yong)(yong)(yong)通常需(xu)要(yao)用(yong)(yong)(yong)(yong)數(shu)十個甚至數(shu)百個數(shu)字集成(cheng)電(dian)路(lu)來實現(xian)(xian)。使用(yong)(yong)(yong)(yong)微(wei)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)可(ke)以(yi)減少(shao)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)使用(yong)(yong)(yong)(yong)數(shu)量，只需(xu)一(yi)個微(wei)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)、少(shao)量的(de)外部元(yuan)件(jian)和存儲在ROM中(zhong)的(de)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)程序就能(neng)(neng)夠實現(xian)(xian)同樣(yang)的(de)功能(neng)(neng)。微(wei)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)適用(yong)(yong)(yong)(yong)于那些以(yi)極少(shao)的(de)元(yuan)件(jian)實現(xian)(xian)對輸(shu)入/輸(shu)出設(she)備(bei)進行控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)的(de)場合，而微(wei)處(chu)理器(qi)適用(yong)(yong)(yong)(yong)于計算(suan)機系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)進行信息處(chu)理。
(三)指令(ling)集特征
由(you)于應用(yong)場(chang)合不同，微(wei)控制器(qi)(qi)和微(wei)處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)(de)指(zhi)令(ling)集(ji)也有所不同。微(wei)處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)(de)指(zhi)令(ling)集(ji)增(zeng)強了(le)處(chu)理(li)(li)功能，使其擁(yong)有強大(da)(da)的(de)(de)尋址模式和適于操(cao)作大(da)(da)規模數據的(de)(de)指(zhi)令(ling)。微(wei)處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)的(de)(de)指(zhi)令(ling)可(ke)(ke)以(yi)對半字(zi)(zi)節(jie)(jie)、字(zi)(zi)節(jie)(jie)、字(zi)(zi)，甚至雙字(zi)(zi)進行操(cao)作。通(tong)過使用(yong)地址指(zhi)針和地址偏移，微(wei)處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)提供了(le)可(ke)(ke)以(yi)訪問大(da)(da)批數據的(de)(de)尋址模式。自(zi)增(zeng)和自(zi)減模式使得以(yi)字(zi)(zi)節(jie)(jie)、字(zi)(zi)或(huo)雙字(zi)(zi)為單位(wei)訪問數據變得非常容易。另外(wai)，微(wei)處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)還具(ju)有其他(ta)的(de)(de)特(te)點，如用(yong)戶程(cheng)序(xu)中無法使用(yong)特(te)權指(zhi)令(ling)等。
微控(kong)制(zhi)器的(de)指令集適用(yong)于輸入(ru)/輸出(chu)控(kong)制(zhi)。許多(duo)輸入(ru)/輸出(chu)的(de)接口是單/位(wei)的(de)。例(li)如，電磁(ci)鐵控(kong)制(zhi)著馬達的(de)開關，而電磁(ci)鐵由一個1位(wei)的(de)輸出(chu)端口控(kong)制(zhi)。微控(kong)制(zhi)器具(ju)有設置和(he)清除(chu)單位(wei)的(de)指令，也能執行其(qi)他面向位(wei)的(de)操(cao)(cao)(cao)作，如對“位(wei)”進行邏(luo)輯與(yu)、或和(he)異或的(de)運算，根(gen)據標志位(wei)跳轉等。很少有微處(chu)理(li)器具(ju)備這(zhe)些強(qiang)大的(de)位(wei)操(cao)(cao)(cao)作能力，因為(wei)設計者在設計微處(chu)理(li)器時，僅考慮以字(zi)節(jie)或更大的(de)單位(wei)來(lai)操(cao)(cao)(cao)作數據。
在(zai)(zai)對設(she)備(bei)的(de)控(kong)制和監視方面（可能(neng)(neng)是(shi)(shi)通(tong)過一(yi)(yi)(yi)個1位的(de)接口），微(wei)控(kong)制器(qi)(qi)(qi)具(ju)有專門的(de)內(nei)部(bu)電(dian)(dian)路(lu)和指(zhi)令(ling)用(yong)于(yu)輸(shu)入/輸(shu)出、計時和外部(bu)中斷的(de)優先(xian)權分配(pei)。微(wei)處(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)一(yi)(yi)(yi)般需要配(pei)合附加的(de)電(dian)(dian)路(lu)（串(chuan)行(xing)接口芯片、中斷控(kong)制器(qi)(qi)(qi)、定時器(qi)(qi)(qi)等）才能(neng)(neng)執行(xing)相同的(de)任(ren)務。不過，單(dan)純(chun)就(jiu)處(chu)理(li)能(neng)(neng)力而(er)言，微(wei)控(kong)制器(qi)(qi)(qi)永遠達(da)不到微(wei)處(chu)理(li)器(qi)(qi)(qi)的(de)水平（在(zai)(zai)其(qi)他(ta)(ta)條件相同的(de)情況下），因為微(wei)控(kong)制器(qi)(qi)(qi)芯片中的(de)集成電(dian)(dian)路(lu)的(de)很(hen)大(da)一(yi)(yi)(yi)部(bu)分用(yong)于(yu)實現其(qi)他(ta)(ta)的(de)片上功(gong)能(neng)(neng)，代價就(jiu)是(shi)(shi)犧牲掉一(yi)(yi)(yi)部(bu)分處(chu)理(li)能(neng)(neng)力。
由于(yu)微控(kong)制器芯(xin)片上的(de)(de)(de)(de)(de)資源(yuan)非常(chang)緊張，它的(de)(de)(de)(de)(de)指令(ling)必須非常(chang)精(jing)簡，大部分指令(ling)的(de)(de)(de)(de)(de)長度都(dou)短于(yu)1個字(zi)節。控(kong)制程(cheng)序的(de)(de)(de)(de)(de)設計原則通(tong)常(chang)是要求(qiu)程(cheng)序能夠裝入片上的(de)(de)(de)(de)(de)ROM，因(yin)為(wei)即使(shi)只增加1片外(wai)部ROM也(ye)將顯著提(ti)高產品的(de)(de)(de)(de)(de)硬件成本。微控(kong)制器指令(ling)集的(de)(de)(de)(de)(de)基本特(te)點就(jiu)是具(ju)有精(jing)簡的(de)(de)(de)(de)(de)編碼(ma)方案。微處理器不(bu)具(ju)備(bei)這樣的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點，因(yin)為(wei)它們強(qiang)大的(de)(de)(de)(de)(de)尋址模(mo)式使(shi)得指令(ling)編碼(ma)不(bu)夠簡潔。
