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、應用領域和指令集特征3個方面：1）硬件結構微處理器是壹個單芯片CPU，而微控制器則在壹塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電路，構成了壹個完整的微型計算機系統。圖1-6虛線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、壹個串行接口、壹個並行接口，計時器和中斷調度電路。這些都集成在壹塊集成電路上。雖然片上RAM的容量比普通微型計算機系統還要小，但是這並未限制微控制器的使用。在後面可以了解到，微控制器的應用範圍非常廣泛。微控制器的壹個重要的特征是內建的中斷系統。作為面向控制的設備，微控制器經常要實時響應外界的激勵（中斷）。微控制器必須執行快速上下文切換，掛起壹個進程去執行另壹個進程以響應壹個“事件”。例如，打開微波爐的門就是壹個事件，在基於微控制器的產品中這個事件將觸發壹個中斷。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勢所在。然而，微控制器通常用於面向控制的應用。其系統設計追求小型化，盡可能減少元器件數量。在過去，這些應用通常需要用數十個甚至數百個數字集成電路來實現。使用微控制器可以減少元器件的使用數量，只需壹個微控制器、少量的外部元件和存儲在ROM中的控制程序就能夠實現同樣的功能。微控制器適用於那些以極少的元件實現對輸入/輸出設備進行控制的場合，而微處理器適用於計算機系統中進行信息處理。3）指令集特征由於應用場合不同，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於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，甚至雙字進行操作。通過使用地址指針和地址偏移，微處理器提供了可以訪問大批數據的尋址模式。自增和自減模式使得以字節、字或雙字為單位訪問數據變得非常容易。另外，微處理器還具有其他的特點，如用戶程序中無法使用特權指令等。微控制器的指令集適用於輸入/輸出控制。許多輸入/輸出的接口是單/位的。例如，電磁鐵控制著馬達的開關，而電磁鐵由壹個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”進行邏輯與、或和異或的運算，根據標誌位跳轉等。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，僅考慮以字節或更大的單位來操作數據。在對設備的控制和監視方面（可能是通過壹個1位的接口），微控制器具有專門的內部電路和指令用於輸入/輸出、計時和外部中斷的優先權分配。微處理器壹般需要配合附加的電路（串行接口芯片、中斷控制器、定時器等）才能執行相同的任務。不過，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壹部分用於實現其他的片上功能，代價就是犧牲掉壹部分處理能力。由於微控制器芯片上的資源非常緊張，它的指令必須非常精簡，大部分指令的長度都短於1個字節。控制程序的設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也將顯著提高產品的硬件成本。微控制器指令集的基本特點就是具有精簡的編碼方案。