关于单片机的简单介绍

1964 年，IBM 公司的阿姆达尔将计算机体系结构(Computer Architecture)定义为“程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性”。目前，主要的计算机体系结构有 冯 ·诺依曼结构和哈佛结构。

(1) 冯 ·诺依曼结构

按照冯·诺依曼的“存储程序的原理”所设计的计算机的体系结构为冯·诺依曼结构 (也被称为普林斯顿结构)，其系统结构如图 1-6 所示。使用 Intel 公司 x86 系列微处理器的 PC 均为冯 ·诺依曼结构。

图 1-6 冯 ·诺依曼结构

冯 ·诺依曼结构的特点是，指令和数据存放在同一个存储器的不同存储单元中，使用同一套总线(地址总线、数据总线和控制总线)进行读或写的访问。这种体系结构的缺点是：

1)因为使用同一套总线访问指令和数据，所以数据和指令的宽度(即所含二进制数的 位数) 是相同的， 而且不能同时访问指令和数据。

2)因为指令和数据在存储器中混合存放，为了避免混淆， 必须在程序中进行存储器空 间的逻辑划分，将指令和数据划分入不同的逻辑空间，例如：Intel 公司的 16 位 CPU 8086 将存储器划分成不同的逻辑段，包括：存放数据的数据段和存放指令的代码段等，这使得计算机程序的结构相对复杂。

(2)哈佛结构

计算机的哈佛结构如图 1-7 所示，与冯 ·诺依曼结构相比，其最大特点是指令和数据分别存放在不同的物理存储器中，并通过两套总线进行访问。这种结构的优点是： 1)指令和数据的宽度可以不同，可以实现指令和数据的同时访问。 2)因为指令和数据的存储空间在物理上是独立的，因此不需要在程序中进行存储器空间的逻辑划分，程序结构相对简单。哈佛结构因其能够有效提高计算机的数据吞吐量，而被广泛应用于嵌入式微型计算机，如以 MCS-51 单片机为代表的各种微控制器。

图 1-7 哈佛结构

单片机简介

单片机是将微型计算机的多个部件集成在一片芯片上的单片型微型计算机，是微型计算机领域的一个主流分支。

单片机的发展和应用

1971 年，Intel 公司成功研制出世界上第一个微处理器。之后，微处理器技术飞速发展，微处理器体积更小、功能更强，也使得计算机的微型化得以实现。

1976 年， Intel 公司研制出 MCS-48 系列单片机，该单片机的 CPU 字长为 8 位， 是世界 上第一款真正意义上的“单片机”。之后，Intel 公司又于 1980 年推出了 8 位的 MCS-51 系列 单片机(简称为 MCS-51 单片机)，该系列单片机简单、易学、性价比高，是目前应用数量最多、最广泛的单片机之一。 MCS-51 单片机具有完善的总线集中管理功能和丰富的逻辑控制指令，奠定了单片机技术发展的基础。

目前，低功耗、微型化、专用化是单片机的主要发展趋势。随着电子技术的发展，更多 的 I/O 接口可以被集成到单片机内部，使得单片机的功能更丰富、多样。另外，目前单片机 的字长可以达到 64 位，随着字长的提高，单片机的运算能力也得到了显著提高。

单片机的技术特点侧重于控制应用，因其体积小、控制功能强、可靠性高、功耗低和接 口丰富等特点，而被广泛应用于智能仪表(如频率计、示波器和万用表)、家电产品(如空 调器、洗衣机和电冰箱) 及医疗设备(如呼吸机、心电图仪和超声波扫描仪)等产品中。

MCS-51 系列单片机概况

MCS-51 系列单片机一经推出， 就得到了广泛的应用。之后，Intel 公司致力于高性能微处理器的开发，逐渐淡出 MCU 研发领域，并将 MCS-51 单片机的核心技术授权与其他公司。这些公司将自己的优势技术应用于单片机研究，开发出具有自身性能优势的 MCS-51 单 片机兼容产品。现在，人们习惯将与 MCS-51 内核兼容的单片机称为 MCS-51 单片机或 51 单片机。

目前，生产 MCS-51 兼容单片机的公司主要有 Ateml 、NXP 、STC 和 SST 等。其中 Ateml 公司将闪存(Flash) 技术用于单片机，开发出了 AT89C51 和 AT89C52 两大系列单片 机， 其中 AT89S 系列单片机支持在系统编程(ISP) 。STC 公司生产的 STC89 系列单片机支持在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)、速度快、功耗低，应用较多。 SST 公司生产的 SST89 系列单片机最大特点是仅用单片机串口就可以进行在线仿真。