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微处理器和微控制器的区别是什么?

消耗积分:2 | 格式:pdf | 大小:85.31KB | 2021-04-20

laisvl

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微处理器和微控制器的区别主要集中在硬件结构、应用领域和指令集特征3个方面:

(1)硬件结构

微处理器是一个单芯片CPU,而微控制器则在一块集成威廉希尔官方网站 芯片中集成了CPU和其他威廉希尔官方网站 ,构成了一个完整的微型计算机系统。除了CPU,微控制器还包括RAM、ROM、一个串行接口、一个并行接口,计时器和中断调度威廉希尔官方网站 。这些都集成在一块集成威廉希尔官方网站 上。虽然片上RAM的容量比普通微型计算机系统还要小,但是这并未限制微控制器的使用。在后面可以了解到,微控制器的应用范围非常广泛。

微控制器的一个重要的特征是内建的中断系统。作为面向控制的设备,微控制器经常要实时响应外界的激励(中断)。微控制器必须执行快速上下文切换,挂起一个进程去执行另一个进程以响应一个“事件”。例如,打开微波炉的门就是一个事件,在基于微控制器的产品中这个事件将触发一个中断。微处理器也能拥有强大的中断功能,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处理中断必需的威廉希尔官方网站 。

(2)应用领域

微处理器通常作为微型计算机系统中的CPU使用。其设计正是针对这样的应用,这也是微处理器的优势所在。然而,微控制器通常用于面向控制的应用。其系统设计追求小型化,尽可能减少元器件数量。在过去,这些应用通常需要用数十个甚至数百个数字集成威廉希尔官方网站 来实现。使用微控制器可以减少元器件的使用数量,只需一个微控制器、少量的外部元件和存储在ROM中的控制程序就能够实现同样的功能。微控制器适用于那些以极少的元件实现对输入/输出设备进行控制的场合,而微处理器适用于计算机系统中进行信息处理。

(3)指令集特征

由于应用场合不同,微控制器和微处理器的指令集也有所不同。微处理器的指令集增强了处理功能,使其拥有强大的寻址模式和适于操作大规模数据的指令。微处理器的指令可以对半字节、字节、字,甚至双字进行操作。通过使用地址指针和地址偏移,微处理器提供了可以访问大批数据的寻址模式。自增和自减模式使得以字节、字或双字为单位访问数据变得非常容易。另外,微处理器还具有其他的特点,如用户程序中无法使用特权指 令等。

微控制器的指令集适用于输入/输出控制。许多输入/输出的接口是单/位的。例如,电磁铁控制着马达的开关,而电磁铁由一个1位的输出端口控制。微控制器具有设置和清除单位的指令,也能执行其他面向位的操作,如对“位”进行逻辑与、或和异或的运算,根据标志位跳转等。很少有微处理器具备这些强大的位操作能力,因为设计者在设计微处理器时,仅考虑以字节或更大的单位来操作数据。

在对设备的控制和监视方面(可能是通过一个1位的接口),微控制器具有专门的内部威廉希尔官方网站 和指令用于输入/输出、计时和外部中断的优先权分配。微处理器一般需要配合附加的威廉希尔官方网站 (串行接口芯片、中断控制器、定时器等)才能执行相同的任务。不过,单纯就处理能力而言,微控制器永远达不到微处理器的水平(在其他条件相同的情况下),因为微控制器芯片中的集成威廉希尔官方网站 的很大一部分用于实现其他的片上功能,代价就是牺牲掉一部分处理能力。

由于微控制器芯片上的资源非常紧张,它的指令必须非常精简,大部分指令的长度都短于1个字节。控制程序的设计原则通常是要求程序能够装入片上的ROM,因为即使只增加1片外部ROM也将显著提高产品的硬件成本。微控制器指令集的基本特点就是具有精简的编码方案。微处理器不具备这样的特点,因为它们强大的寻址模式使得指令编码不够简洁。

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