單片機小白學(xué)步(1) 單片機的前世今生

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數字的發(fā)明

很久以前，人類(lèi)發(fā)明了數字。自此，人類(lèi)社會(huì )發(fā)生了巨大的變化。有了數字，人們解決了很多問(wèn)題。在數字的幫助下，人們學(xué)會(huì )了度量和計算，人們發(fā)明了溫度計，發(fā)明了鐘表，發(fā)明了直尺，發(fā)明了算盤(pán)……生活中原本模糊的概念，變的不再模糊，而是十分精確。

電的廣泛應用和各種電子器件的發(fā)明

1870年以后，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，各種新技術(shù)、新發(fā)明層出不窮，并被迅速應用于工業(yè)生產(chǎn)，大大促進(jìn)了經(jīng)濟的發(fā)展。第二次工業(yè)革命爆發(fā)了。在這次工業(yè)革命中，電力得到了廣泛的應用。

之后人們發(fā)明了各種電子元器件，特別是電子管、晶體管以及后來(lái)集成電路的發(fā)明對人類(lèi)社會(huì )產(chǎn)生了巨大的影響。圖中給大家展示了一些常見(jiàn)的集成電路芯片。

計算機的發(fā)明

有句話(huà)說(shuō)，懶人推動(dòng)社會(huì )進(jìn)步。這句話(huà)是有一定道理的。在科技不斷發(fā)展的過(guò)程中，一方面，人們希望制造出一種機器，能幫助我們完成處理現實(shí)世界中的各種問(wèn)題，讓我們從重復而繁重的腦力勞動(dòng)中解放出來(lái)；另一方面，往往是在軍事上，由于種種原因需要在較短的時(shí)間內，完成一些像炮彈軌道計算，密碼破譯之類(lèi)的任務(wù)，而人類(lèi)的數字運算能力往往遠達不到要求。

最初人們發(fā)明了算盤(pán)之類(lèi)的計算工具，又有人發(fā)明了一些機械式計算機，通過(guò)齒輪傳動(dòng)等原理進(jìn)行運算。而后，在電子技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，人們發(fā)明了電子計算機。早期電子計算機采用大量電子管，十分龐大，需要消耗很多電量，操作也非常復雜。如1946年發(fā)明的“埃尼阿克”電子計算機，占地面積170平方米，重達30噸，耗電量高達150千瓦，而運算能力卻遠不及今天智能手機的CPU，盡管如此，它已經(jīng)比當時(shí)的繼電器計算機快一千倍。而隨著(zhù)晶體管、集成電路的出現，計算機技術(shù)以驚人的速度發(fā)展著(zhù)，到今天各種計算機設備隨處可見(jiàn)，甚至我們很多人每天的生活和工作都已經(jīng)離不開(kāi)計算機。

帕斯卡和他的齒輪式加法器

數字計算機發(fā)明之前，電子計算機都是模擬計算機。模擬計算機通過(guò)內部電子器件的電壓、電流大小等來(lái)表示一個(gè)數字或物理量，進(jìn)行處理。這種計算機處理問(wèn)題的精度差，而且結構復雜，也很容易受外界干擾。于是后來(lái)人們發(fā)明了數字計算機。數字計算機把外界的各種信息轉換成數字，然后對數字進(jìn)行運算，最終得到一個(gè)確定的結果。我們人類(lèi)使用的數字一般為十進(jìn)制，這是因為我們有十個(gè)手指。但是由于很多電子器件都只有兩種確定的狀態(tài)，比如開(kāi)關(guān)的開(kāi)和關(guān)，燈的亮和滅，于是數字計算機使用的是二進(jìn)制的數字，通過(guò)控制器件的開(kāi)和關(guān)來(lái)表示數字“1”和“0”，實(shí)現各種功能。由于它沒(méi)有模擬計算機的那些缺陷，發(fā)展十分迅速，成為今天計算機的主流。

單片機的發(fā)明

在計算機發(fā)展的同時(shí)，另一種大家相對陌生的東西也在悄悄發(fā)展著(zhù)。在1971年，全球第一個(gè)計算機微處理器4004由美國Intel公司推出的同時(shí)，一種稱(chēng)之為單片機的技術(shù)也逐漸發(fā)展并得到廣泛應用。單片機全稱(chēng)單片微型計算機，又稱(chēng)為微型控制器，英文名MCU(Micro Control Unit)，可以理解為精簡(jiǎn)版的計算機。單片機相當于將計算機中的各個(gè)主要部件，CPU、存儲器、IO口、中斷系統等封裝在一個(gè)集成電路芯片中。初學(xué)者或許對這些名詞很陌生，但是不需要擔心，關(guān)于他們分別是什么，后面會(huì )給大家介紹。下面是一些現在常見(jiàn)的單片機。

從左往右，1、2為51單片機，3、4為AVR單片機，5、6、7為MSP430單片機

為什么要發(fā)明單片機呢？這個(gè)很好理解。俗話(huà)說(shuō)，殺雞焉用牛刀。生活中有很多事情不很復雜，并不需要計算機那么龐大的機器來(lái)處理，于是我們只需要用精簡(jiǎn)版的計算機——即單片機來(lái)完成任務(wù)就好了。

單片機的特點(diǎn)

比起大家熟悉的計算機，單片機的配置可就差多了，簡(jiǎn)直是低的難以想象。我們常用的筆記本電腦CPU處理速度可以達到2GHz以上，還是雙核四核甚至更高級，但是拿一款常見(jiàn)的單片機（STC89C52RC，我們即將以這款單片機開(kāi)始來(lái)進(jìn)行學(xué)習）來(lái)對比，它的最高處理速度只有幾十MHz（其中1GHz = 1000MHz）；筆記本電腦硬盤(pán)動(dòng)輒幾百GB乃至幾TB，而單片機中相當于硬盤(pán)的ROM只有幾到幾十KB（1TB = 1024GB，1GB = 1024MB，1MB = 1024KB，1KB = 1024B）；主流筆記本的內存普遍都有幾個(gè)GB，單片機中相當于內存的RAM只有可憐的幾十字節（即單位B）。但是大家千萬(wàn)不要小瞧這么“低端”的單片機，只要給它寫(xiě)進(jìn)程序，足以控制一臺我們經(jīng)?？吹降乃^“智能洗衣機”之類(lèi)的電器。而且學(xué)習了單片機，也會(huì )讓你對計算機有更深入的了解。

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