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一文带你了解微处理器和微控制器的区别

1962 2022-04-16 来源: IC先生 作者: IC先生

在电子和电气领域,微处理器和微控制器的应用非常广泛,可以说无处不在。从中文字面上来看,二者虽然仅一字之差,但是功能和应用却大为不同。为便于大家更好的了解微处理器和微控制器之间的区别,本文将进行简单的说明。

微处理器的概念

微处理器是一种电子计算机组件,由单个半导体 IC(集成电路)或微芯片上的微型晶体管和其他一些电路元件制成。微处理器的缩写是μP或uP。CPU(中央处理单元)是最著名的微处理器,但计算机中的许多其他组件也都包含它们,例如视频卡上的 GPU(图形处理单元)。

在个人计算机的竞赛中,CPU和微处理器的名称可以互换使用。在所有PC和大多工作站中都装有微处理器。微处理器控制几乎所有数字机器的逻辑,从无线电时钟到汽车的燃料喷射结构。微处理器是单个IC封装多功能集成。

微处理器主要有五种类型,这些微小单元为计算机提供了“大脑”。在普通的硅微处理器内部,会有许多微小的晶体管和极其微小的部件。所有这些组件都用于协助计算机按计划工作。

微处理器的类型

微处理器主要包括以下五种类型,具体如下。

不同类型的微处理器

复杂指令集微处理器:这种类型的微处理器也称为CISM。CISM对微处理器进行分类,其中每个订单都可以与其他几个低级功能一起执行。这些函数旨在执行操作,例如将数据上传到存储卡、从存储卡调用或下载数据或在单个命令中执行复杂的数学计算。

精简指令集微处理器: 也称为RISC,旨在加快计算机微处理器的速度。这些芯片是在允许微处理器在每个命令中执行较少量的操作的指导下构建的,这将允许它更快地完成更多命令。

超标量处理器:这种类型的处理器复制微处理器上的硬件,以便它可以同时执行大量指令。这些副本资源可以是提交的算术逻辑单元或乘法器。超标量由几个操作单元组成。超标量微处理器通过同时向处理器中多余的操作单元传输大量指令,在单个时钟周期内执行多个命令。

专用集成电路:也称为ASIC微处理器,用于极其精确的用途,可能包括汽车排放控制或个人数字助理计算机。ASIC有时是按规格生产的,但也可以通过使用现成的齿轮来制造。

数字信号多处理器 (DSP):DSP是独特的微处理器,用于对视频进行解码和编码,或将数字或视频转换为模拟,反之亦然。这些操作需要一个特别擅长进行数学计算的微处理器。DSP芯片通常用于声纳、移动电话、雷达、家庭影院音频设备和有线机顶盒。

微控制器的概念

微控制器是一种优化用于管理电子产品的片上计算机,它特别适用于控制特定系统等精确任务。微控制器有时使用缩写的uC、µC或MCU,从根本上说,它是一种专用的微处理器。

此外,微控制器是系统的一部分,基本上是一个完整的电路板,其中的一个显著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),而且必须能够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”。

常见的微控制器有8051、英特尔的80196、Microchip的PIC系列。通常集成在玩具、汽车、电器和办公机器当中,微控制器是将许多微处理器系统组成融合在一个单独的微芯片上,主要包括:

  • 内存(ROM 和 RAM)
  • CPU核心(微处理器)
  • 一些并行数字I/O
微控制器集成许多有用的功能整合到一个单独的IC中,这些功能包括:
  • 执行一组累积的命令以执行用户描述的作业的能力。
  • 能够熟练使用外围存储芯片从内存中读取和写入数据。

微控制器的类型

微控制器按照内部总线宽度、内置微控制器、订单集、内存结构设计、IC芯片、VLSI内核或Verilog文件和系列单元进行分类。对于类似的单元,可能有一系列不同来源的版本。在这里,小编简单整理了在不同应用中使用的几种类型的微控制器。


 不同类型的微控制器
8位微控制器:当MCU中的内部总线为8位总线时,ALU按顺序对一个字节执行逻辑和算术运算。

16位微控制器:16位微控制器由16位总线组成,ALU对16位操作数执行算术和逻辑运算。与8位MCU相比,它提供更高的精度和性能。

32位微控制器:当MCU中用于数据传输功能的内部总线为32位总线时,ALU将按顺序对32位操作数字执行逻辑和算术功能。与16位MCU相比,它们提供了更好的精度和性能。

嵌入式微控制器当固定或嵌入式系统包括一个MCU,每个硬件和软件部分都在一个单独的单元中时,MCU被称为嵌入式微控制器。在控制或使用外围设备期间,极少或没有额外的外围单元或系统用于处理。例如,电话接收器电路采用内置或嵌入式微控制器。

外部存储器微控制器:当内置或嵌入式系统添加一个MCU时,该MCU的每个硬件和软件部分都不是作为单独的组件存在,并且通过发挥接口使全部或部分存储器组件与外部接口电路又称胶水电路,单片机又称为外设或外存微控制器。例如,8031包括一个与其外部接口的程序存储器,而8051具有内部和外围程序存储器。

微处理器和微控制器之间的区别

微处理器和微控制器的不同之处在于,微控制器集成了微处理器的特性(ALU、CPU、寄存器)以及其它额外特性,例如ROM、RAM、计数器、输入/输出端口等。这里微控制器控制通过使用存储在ROM中的固定程序来实现设备的功能,该程序不随持续时间而改变。

从另一个角度来看,微处理器和微控制器在架构方面的主要区别在于它们的应用领域。诸如奔腾系列或英特尔酷睿系列处理器或类似处理器的普通微处理器在计算机中作为通用功能的可编程单元。而在其它应用中,它必须管理为其指定的许多不同的任务和程序。

微处理器和微控制器之间的区别


相比之下,PIC系列或8051系列或任何其他微控制器已经应用在微型嵌入式系统中,例如交通信号控制系统或某种机器人系统。此外,这些小工具在其整个进程中管理类似的任务或类似的程序。

另外一个区别是,微控制器通常必须处理瞬时任务,而相反,计算机系统中的微处理器可能不会一直处理瞬时任务。

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