微控制器與微處理器到底有啥差別？看完這3點(diǎn)就夠了

　　微控制器是將微型計算機的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計算機。微控制器誕生于20世紀70年代中期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，其成本越來(lái)越低，而性能越來(lái)越強大，這使其應用已經(jīng)無(wú)處不在，遍及各個(gè)領(lǐng)域。例如電機控制、條碼閱讀器/掃描器、消費類(lèi)電子、游戲設備、電話(huà)、HVAC、樓宇安全與門(mén)禁控制、工業(yè)控制與自動(dòng)化和白色家電(洗衣機、微波爐)等。

　　微控制器的作用

　　在工業(yè)應用中，微控制器的作用是控制和協(xié)調整個(gè)設備的動(dòng)作，通常需要程序計數器(PC)、指令寄存器(IR)、指令譯碼器(ID)、定時(shí)與控制電路，以及脈沖源、中斷等共同完成。

　　根據控制器在工作中發(fā)揮的作用來(lái)看，微控制器主要有以下幾種：

　　1、 指令控制器

　　指令控制器是控制器中相當重要的部分，它要完成取指令、分析指令等操作，然后交給執行單元(ALU或FPU)來(lái)執行，同時(shí)還要形成下一條指令的地址。

　　2、 時(shí)序控制器

　　時(shí)序控制器的作用是為每條指令按時(shí)間順序提供控制信號。時(shí)序控制器包括時(shí)鐘發(fā)生器和倍頻定義單元，其中時(shí)鐘發(fā)生器由石英晶體振蕩器發(fā)出非常穩定的脈沖信號，就是CPU的主頻;而倍頻定義單元則定義了CPU主頻是存儲器頻率(總線(xiàn)頻率)的幾倍。

　　3、 總線(xiàn)控制器

　　總線(xiàn)控制器主要用于控制CPU的內外部總線(xiàn)，包括地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)、控制總線(xiàn)等等。

　　4、中斷控制器

　　中斷控制器用于控制各種各樣的中斷請求，并根據優(yōu)先級的高低對中斷請求進(jìn)行排隊，逐個(gè)交給CPU處理 控制器的基本功能 設備控制器的基本功能

　　目前就為控制領(lǐng)域來(lái)看，主要有以下幾種功能：

　　1、數據緩沖

　　緩沖器常常內置在控制器中，在輸出時(shí)，緩沖器常用來(lái)暫存由主機高速傳來(lái)的數據，然后才以I/O設備所具有的速率將緩沖器中的數據傳送給I/O設備;在輸入時(shí)，緩沖器則用于暫存從I/O設備送來(lái)的數據，待接收到一批數據后，再將緩沖器中的數據高速地傳送給主機。

　　2、差錯控制

　　設備控制器還兼管對由I/O設備傳送來(lái)的數據進(jìn)行差錯檢測。若發(fā)現傳送中出現了錯誤，通常是將差錯檢測碼置位，并向 CPU報告，于是CPU將本次傳送來(lái)的數據作廢，并重新進(jìn)行一次傳送。這樣便可保證數據輸入的正確性。

　　3、數據交換

　　這是指實(shí)現CPU與控制器之間、控制器與設備之間的數據交換。對于前者，是通過(guò)數據總線(xiàn)，由CPU并行地把數據寫(xiě)入控制器，或從控制器中并行地讀出數據;對于后者，是設備將數據輸入到控制器，或從控制器傳送給設備。為此，在控制器中須設置數據寄存器。

　　4、標識和報告設備的狀態(tài)

　　控制器應記下設備的狀態(tài)供CPU了解。例如，僅當該設備處于發(fā)送就緒狀態(tài)時(shí)，CPU才能啟動(dòng)控制器從設備中讀出數據。為此，在控制器中應設置一狀態(tài)寄存器，用其中的每一位來(lái)反映設備的某一種狀態(tài)。當CPU將該寄存器的內容讀入后，便可了解該設備的狀態(tài)。

　　5、接收和識別命令

　　CPU可以向控制器發(fā)送多種不同的命令，設備控制器應能接收并識別這些命令。為此，在控制器中應具有相應的控制寄存器，用來(lái)存放接收的命令和參數，并對所接收的命令進(jìn)行譯碼。例如，磁盤(pán)控制器可以接收 CPU發(fā)來(lái)的Read、Write、Format等15條不同的命令，而且有些命令還帶有參數;相應地，在磁盤(pán)控制器中有多個(gè)寄存器和命令譯碼器等。

　　6、地址識別

　　就像內存中的每一個(gè)單元都有一個(gè)地址一樣，系統中的每一個(gè)設備也都有一個(gè)地址，而設備控制器又必須能夠識別它所控制的每個(gè)設備的地址。此外，為使CPU能向(或從)寄存器中寫(xiě)入(或讀出)數據，這些寄存器都應具有唯一的地址。例如，在IB-MPC機中規定，硬盤(pán)控制器中各寄存器的地址分別為320～32F之一?？刂破鲬苷_識別這些地址，為此，在控制器中應配置地址譯碼器。

　　微處理器和微控制器的區別

　　這樣的區別主要集中在硬件結構、應用領(lǐng)域和指令集特征3個(gè)方面：

　　1)硬件結構

　　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，構成了一個(gè)完整的微型計算機系統。圖1-6虛線(xiàn)框中所示是大多數微控制器的完整結構。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，計時(shí)器和中斷調度電路。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算機系統還要小，但是這并未限制微控制器的使用。在后面可以了解到，微控制器的應用范圍非常廣泛。

　　微控制器的一個(gè)重要的特征是內建的中斷系統。作為面向控制的設備，微控制器經(jīng)常要實(shí)時(shí)響應外界的激勵(中斷)。微控制器必須執行快速上下文切換，掛起一個(gè)進(jìn)程去執行另一個(gè)進(jìn)程以響應一個(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)應用領(lǐng)域

　　微處理器通常作為微型計算機系統中的CPU使用。其設計正是針對這樣的應用，這也是微處理器的優(yōu)勢所在。然而，微控制器通常用于面向控制的應用。其系統設計追求小型化，盡可能減少元器件數量。在過(guò)去，這些應用通常需要用數十個(gè)甚至數百個(gè)數字集成電路來(lái)實(shí)現。使用微控制器可以減少元器件的使用數量，只需一個(gè)微控制器、少量的外部元件和存儲在ROM中的控制程序就能夠實(shí)現同樣的功能。微控制器適用于那些以極少的元件實(shí)現對輸入/輸出設備進(jìn)行控制的場(chǎng)合，而微處理器適用于計算機系統中進(jìn)行信息處理。

　　3)指令集特征

　　由于應用場(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了處理功能，使其擁有強大的尋址模式和適于操作大規模數據的指令。微處理器的指令可以對半字節、字節、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(fǎng)問(wèn)大批數據的尋址模式。自增和自減模式使得以字節、字或雙字為單位訪(fǎng)問(wèn)數據變得非常容易。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(zhù)馬達的開(kāi)關(guān)，而電磁鐵由一個(gè)1位的輸出端口控制。微控制器具有設置和清除單位的指令，也能執行其他面向位的操作，如對“位”進(jìn)行邏輯與、或和異或的運算，根據標志位跳轉等。很少有微處理器具備這些強大的位操作能力，因為設計者在設計微處理器時(shí)，僅考慮以字節或更大的單位來(lái)操作數據。

　　在對設備的控制和監視方面(可能是通過(guò)一個(gè)1位的接口)，微控制器具有專(zhuān)門(mén)的內部電路和指令用于輸入/輸出、計時(shí)和外部中斷的優(yōu)先權分配。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，微控制器永遠達不到微處理器的水平(在其他條件相同的情況下)，因為微控制器芯片中的集成電路的很大一部分用于實(shí)現其他的片上功能，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(cháng)度都短于1個(gè)字節?？刂瞥绦虻脑O計原則通常是要求程序能夠裝入片上的ROM，因為即使只增加1片外部ROM也將顯著(zhù)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)，因為它們強大的尋址模式使得指令編碼不夠簡(jiǎn)潔。