本文簡明扼要地介紹微處理器、微控制器、單板機和單片機的概念和最基礎性知識。

計算機微處理器與嵌入式微處理單元

（A）微型計算機的微處理器

通用微處理器（MPU）代表一個功能強大的CPU，但不是為任何已有的特定計算目的而設計的芯片。

通用微處理器是通用微型計算機的微處理器（Microprocessor，縮寫μP）。它是由一片或幾片大規模集成電路組成的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）。

微處理器能完成取指令、執行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器、外圍電路芯片和輸入輸出（I/O）部件組成微型計算機。

微處理器是微型計算機的核心部件。

從物理上來說，微處理器是一塊集成了數量龐大的微型晶體管與其他電子組件的半導體集成電路芯片。

最常見的通用微型計算機的微處理器是Intel（英特爾）公司和AMD公司的X86系列芯片，以及Motorola（摩托羅拉）公司的68000系列芯片。

如前所述，對于通用微型計算機，微處理器叫作中央處理器（CPU）。

專門用作圖像數據處理的微處理器叫作圖形處理器（Graphics ProcessingUnit，GPU），如Nvidia（英偉達）GeForce 7X0 GPU。

專門用于音頻數據處理的微處理器叫作音頻處理器（Audio Processing Unit，APU），如Creative emu10k1 APU。

（B）嵌入式系統的微處理單元

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，能夠根據用戶需求（功能、可靠性、成本、體積、功耗、環境等）靈活裁剪軟件硬件模塊的專用計算機系統。

嵌入式系統由硬件和軟件組成。嵌入式系統的軟件只包括操作系統和應用程序。嵌入式系統的硬件包括信號處理器、存儲器、通信模塊等。

從硬件角度看，嵌入式系統主要有下列四種類型；或者說，嵌入式系統的微處理單元有下列四種：

（1）嵌入式微處理器（MicroProcessor Unit，MPU）

1971年11月，英特爾公司推出了世界上第一個微處理器4004。這是4位字長的微處理器芯片。

現在的嵌入式微處理器（MPU）是由通用計算機中的CPU演變而來的。它是具有32位以上的處理器。與工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點。

也有由通用微處理器發展出來的嵌入式微處理器。比如，Intel的386EX就是由80386微處理器發展出來的嵌入式微處理器。

主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

ARM架構的微處理器占據智能手機微處理器市場的90%。

（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit， MCU）

早期的微控制器（Microcontroller Unit，MCU）是將一臺計算機各種必要部件集成到一個芯片中，實現嵌入式應用，故又稱單片機（single chip microcomputer）。

單片機是一種集成電路芯片，是構成的一臺微型計算機的主機。與微型計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。

與嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器適合于實時控制，因此稱為微控制器。

MCU擁有的品種最多。比較有代表性的MCU有8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列，以及MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。

MCU占嵌入式系統約70%的市場份額。

（3）嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor， EDSP）

DSP（數字信號處理器）是專門用于信號處理方面的處理器。它具有很高的編譯效率和指令執行速度，能夠極快地進行離散時間信號處理。

在音頻和視頻通信的場合，以及在數字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上，DSP獲得了廣泛的應用。

應用最廣的DSP是TI（德州儀器）的TMS320C2000/C5000系列和Motorola的5600X系列；其次是Intel（英特爾）的MCS-296，Siemens（西門子）的TriCore，等等。

（4）嵌入式片上系統（System OnChip）

嵌入式片上系統（SoC）是具有很大包容的集成器件。SoC最大的特點是實現了軟硬件無縫結合，直接在處理器片內嵌入操作系統的代碼模塊。

比較典型的SoC產品是Philips（菲利普）的Smart XA。其它的SOC產有Siemens（西門子）的TriCore，Motorola（摩托羅拉）的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯合研制的Neuron芯片，等等。

單板機、單片機以及它們的區別和聯系

（A）單板機及其與微處理器的關系

單板機是在一塊PCB電路板上把CPU（微處理器）、ROM（只讀存儲器）、RAM（隨機存儲器）和I/O（輸入/輸出）接口電路等大規模集成電路片子組裝在一起，并配有必要簡單外部設備，例如鍵盤和顯示器，從而形成的微型計算機。

單板機的核心部件是微處理器。這是單片機的CPU（中央處理器）。

單板機是最簡單的、完整的微型計算機。

PCB（Printed Circuit Board），即印制線路板，簡稱印制板，是電子工業的重要部件之一。幾乎每種電子設備，小到電子手表、計算器，大到計算機、通信電子設備、軍用武器系統，只要有集成電路等電子元件，為了使各個元件之間的電氣互連，都要使用印制板。

（B）單片機及其與微控制器的關系

單片機是一種集成電路芯片。它把具有數據處理能力的中央處理器（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機存儲器（RAM）、多種I/O（輸入/輸出）接口和中斷系統、定時器/計數器等功能集成到一塊芯片上，構成的一個微型計算機的主機。

單片機的核心部件是微控制器，又叫CPU（中央處理器）。

現在，業內人士把微控制器稱為單片機。

單片機是專門用作嵌入式應用而設計的單芯片微型機。為了滿足不斷擴展的嵌入式應用需求，不斷在片內增加各種單元電路，而形成目前廣泛使用的微控制器。因此，單片機是一個典型的普及型的嵌入式系統，因為它們除了嵌入式應用之外沒有其他用途。

單片機適合于實時控制，因此稱為微控制器（MCU）。

（C）單板機與單片機的聯系和區別

單片機與單板機的聯系是：單片機加上I/O設備，例如鍵盤和顯示器，就成為單板機。

單板機與單片機的根本區別在于：單板機是完整的微型計算機；而單片機只有微型計算機的主機，沒有輸入輸出（I/O）設備。

其次，單板機的核心是微處理器；單片機的核心是微控制器。現在單片機成了微控制器的代稱。

單片機的研制發展和51系列單片機

單片機發展歷史的前期，英特爾（Intel）公司主導了單片機的研制和發展。

英特爾公司于1980年推出了8位MCS-51系列單片機。它與以前的機型MCS-48相比，功能增強了許多，運行速度提高了許多。

Intel 51系列是基本型，包括8031、8051、8751、8951這四個機種。它們都使用8031指令系統，其區別僅在于片內儲存器容量。8051的ROM（只讀存儲器）容量為4KB。

英特爾8051單片機屬于MCS-51系列單片機的一種，是MCS-51系列單片機中的最基礎的單片機型號。

由于Intel公司將重點放在286、386、486、奔騰等高檔芯片開發上，沒有重視MCS-51系列單片機。Intel公司將MCS-51系列的8051內核使用權以專利互換或出讓給世界許多著名的企業，如Philips（菲利普）、NEC（日本電器）、Atmel（艾特梅爾）、AMD、Dallas、Siemens（西門子）、Fujutsu（富士通）、OKI（沖電器）、華邦、LG等。這些企業在保持與8051單片機兼容的基礎上，對8051單片機做了很多改善。

這使得以英特爾8051為內核的MCS-51單片機系列在世界上應用最廣泛，產量最大。其中，英特爾80C51已成為8位單片機的主流，成了事實上的標準MCU芯片單片機。

MCU單片機占嵌入式系統約70%的市場份額。

51系列單片機是對各家公司開發制造的所有兼容Intel公司 8031指令系統的、基于8051芯片的單片機的統稱。

51系列單片機是中國和世界應用最廣的一種單片機。
責任編輯：tzh