微處理器與微控制器的區(qū)別

　　微處理器與微控制器的定義

　　微處理器

　　微處理器（MPU）通常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。這種芯片往往是個人計算機和高端工作站的核心CPU。最常見的微處理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。早期的微控制器是將一個計算機集成到一個芯片中，實現(xiàn)嵌入式應用，故稱單片機（single chip microcomputer）。隨后，為了更好地滿足控制領域的嵌入式應用，單片機中不斷擴展一些滿足控制要求的電路單元。目前，單片機已廣泛稱作微控制器（MCU）。也有由微處理器發(fā)展的微控制器，比如，Intel的386EX就是很成功的80386微處理器的微控制器版本。它與嵌入式應用的微處理器一樣，也稱為嵌入式微處理器。嵌入式處理器的高端產(chǎn)品有：Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片。

　　微控制器

　　中央處理器，或簡稱為處理器，英文縮寫為CPU，即Central Processing Unit，是電子計算機（港譯-電子計算器）的主要設備之一，其功能主要是解譯計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。CPU為電子計算機設計提供了基本的數(shù)字計算特性。CPU、存儲設備和輸入/輸出設備是現(xiàn)代微型電腦的三大核心部件。由集成電路制造的CPU通常稱為微型處理器。從20世紀70年代中期開始，單芯片微型處理器幾乎取代了所有其他類型的CPU，今天CPU這個術語幾乎成為了所有微型處理器的代稱。

　　CPU的組成

　　運算器：算數(shù)、邏輯（部件：算數(shù)邏輯單元、累加器、暫存器組、路徑轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線）

　　控制器：復位、使能（部件：計數(shù)器、指令暫存器、指令解碼器、狀態(tài)暫存器、時序產(chǎn)生器、微操作信號發(fā)生器）

　　微處理器與微控制器的區(qū)別

　　區(qū)別主要集中在硬件結(jié)構(gòu)、應用領域和指令集特征3個方面：

　　1）硬件結(jié)構(gòu)

　　微處理器是一個單芯片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(gòu)成了一個完整的微型計算機系統(tǒng)。除了CPU，微控制器還包括RAM、ROM、一個串行接口、一個并行接口，計時器和中斷調(diào)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(tǒng)還要小，但是這并未限制微控制器的使用，微控制器的應用范圍非常廣泛。其中， 微控制器的一個重要的特征是內(nèi)建的中斷系統(tǒng)。作為面向控制的設備，微控制器經(jīng)常要實時響應外界的激勵（中斷）。微控制器必須執(zhí)行快速上下文切換，掛起一個進程去執(zhí)行另一個進程以響應一個“事件”。例如，打開微波爐的門就是一個事件，在基于微控制器的產(chǎn)品中這個事件將觸發(fā)一個中斷。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(tǒng)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(tǒng)設計追求小型化，盡可能減少元器件數(shù)量。在過去，這些應用通常需要用數(shù)十個甚至數(shù)百個數(shù)字集成電路來實現(xiàn)。使用微控制器可以減少元器件的使用數(shù)量，只需一個微控制器、少量的外部元件和存儲在ROM中的控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能。微控制器適用于那些以極少的元件實現(xiàn)對輸入/輸出設備進行控制的場合，而微處理器適用于計算機系統(tǒng)中進行信息處理。

　　3）指令集特征

　　由于應用場合不同，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于操作大規(guī)模數(shù)據(jù)的指令。微處理器的指令可以對半字節(jié)、字節(jié)、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(shù)據(jù)的尋址模式。自增和自減模式使得以字節(jié)、字或雙字為單位訪問數(shù)據(jù)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，電磁鐵控制著馬達的開關，而電磁鐵由一個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(zhí)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(jù)標志位跳轉(zhuǎn)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(jié)或更大的單位來操作數(shù)據(jù)。 在對設備的控制和監(jiān)視方面（可能是通過一個1位的接口），微控制器具有專門的內(nèi)部電路和指令用于輸入/輸出、計時和外部中斷的優(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、定時器等）才能執(zhí)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一部分用于實現(xiàn)其他的片上功能，代價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，大部分指令的長度都短于1個字節(jié)。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(chǎn)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。