什么是微处理器?

什么是微处理器?

什么是微处理器？所谓微处理器就是指用一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。微处理器与传统的中央处理器相比，具有体积小、重量轻和容易模块化等优点。

微处理器发展背景

人类自1947年发明晶体管以来，50多年间半导体技术经历了硅晶体管、集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路等几代，发展速度之快是其它产业所没有的。半导体技术对整个社会产生了广泛的影响，因此被称为“产业的种子”。中央处理器是指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件。伴随着大规模集成电路技术的迅速发展，芯片集成密度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上。这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件，被统称为“微处理器”。
   
根据微处理器的应用领域，微处理器大致可以分为3类：通用高性能微处理器、嵌入式微处理器和数字信号处理器、微控制器。一般而言，通用处理器追求高性能，它们用于运行通用软件，配备完备、复杂的操作系统；嵌入式微处理器强调处理特定应用问题的高性能，主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操作系统，主要用于蜂窝电话、CD播放机等消费类家电；微控制器价位相对较低，在微处理器市场上需求量最大，主要用于汽车、空调、自动机械等领域的自控设备。

微处理器组成

微处理器的基本组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控制电路，以及数据和地址总线。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。

一个微处理器就是一个计算机。所有的计算机——无论我们所说的个人台式计算机或是一台大型计算机或是一个微控制器——都有很多共同点：

所有的计算机都有一个用来执行程序的CPU（中央处理单元）。如果你正坐在一台台式计算机前阅读这篇文章，这台计算机的CPU现在正在执行一个程序，这个程序就是用于显示这个网页的Web浏览器。

CPU从某个设备中加载程序。在你的台式计算机上，浏览器程序是从硬盘中载入的。

计算机具有一些用来存储“变量”的RAM（随机存取存储器）。

此外，计算机还有一些输入和输出的设备，这样它才能和用户交换信息。在你的台式计算机上，键盘和鼠标是输入设备，显示器和打印机是输出设备。 硬盘则是一个输入输出设备——它既可以输入又可以输出。

你正在使用的台式机是一种“通用计算机”，它可以运行数以千计的各类程序。而微控制器则是用作特殊用途的“专用计算机”。它专注于做一件事。 微控制器还有许多共同的特点。如果一个计算机具备了以下大部分的特征，那么你就可以称之为“微控制器”：

微控制器都“嵌入”在其他装置（通常是一个消费类产品）内部来控制该产品的功能和操作。 因此，微控制器又被称为“嵌入式控制器”。

微控制器运行一个特定的程序来完成一项专门的工作。该程序存储在ROM（只读存储器）中，一般不会被修改。

微控制器通常是低能耗的装置。 台式计算机的电源插头几乎始终插在墙壁插座中，其功率约为50瓦。电池供电的微控制器的功率大概为0.05瓦。

微控制器有一个专用输入设备，通常（但并不总是）还有一个用作输出的发光二极管或液晶显示屏。 微控制器也从它所控制的装置获取输入信号，并通过向设备中的不同部分发送信号来控制该设备。

例如，电视机中的微控制器从遥控器得到输入信号，然后在屏幕上显示出来。微控制器会控制频道选择器、扬声器和一些如色彩、亮度等显像管的电子调节。 汽车中的发动机控制器从氧气和爆震等传感器中得到输入信号，对燃料混合以及火花塞定时等进行控制。微波炉控制器从操作键盘获得输入信号，在液晶显示屏上显示输出，并控制负责微波发生器开关的继电器。

微控制器通常具有小巧、低成本的特点。 对各个元件的选择都秉持使体积最小化、使成本最低化的原则。

微控制器通常都很耐用，但也并不总是这样。

例如，控制轿车发动机的微控制器必须能够在一般计算机无法承受的温度极限下工作。美国阿拉斯加的汽车的微控制器就需要工作在零下34摄氏度的寒冷天气里，而同样的控制器在美国内华达州则需要工作在零上49摄氏度的炎热环境中。再加上发动机运行发出的热量，发动机箱的温度可高达零上65-80摄氏度。

而录像机内部使用的嵌入式微控制器则没有这么苛刻的要求。

实际上，用作微控制器的处理器多种多样。 例如，数字手机工作原理一文中的移动电话就包含一个Z-80处理器。Z-80处理器是一个8位微处理器，它诞生于二十世纪七十年代，最初用于当时的家用计算机中。GPS接收机工作原理中的Garmin全球定位系统，包含一个低功耗版的Intel 80386处理器，据说是这样。Intel 80386处理器最初是专为台式计算机设计的。

在许多产品中，例如微波炉，对于微控制器性能的要求很低，价格是主要的考虑因素。 在这样的情况下，制造商开始设计专用的微控制器芯片——一种专为成本低、体积小且功耗低设计的嵌入式中央处理器。Motorola 6811和Intel 8051都是这种芯片的成功典范。另外还有Microchip公司生产的名为“PIC 微控制器”的系列控制器，也非常受欢迎。