单板机与单片机两者的区别和联系

本文简明扼要地介绍微处理器、微控制器、单板机和单片机的概念和最基础性知识。

计算机微处理器与嵌入式微处理单元

（A）微型计算机的微处理器

通用微处理器（MPU）代表一个功能强大的CPU，但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。

通用微处理器是通用微型计算机的微处理器（Microprocessor，缩写µP）。它是由一片或几片大规模集成电路组成的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。

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、外围电路芯片和输入输出（I/O）部件组成微型计算机。

微处理器是微型计算机的核心部件。

从物理上来说，微处理器是一块集成了数量庞大的微型晶体管与其他电子组件的半导体集成电路芯片。

最常见的通用微型计算机的微处理器是Intel（英特尔）公司和AMD公司的X86系列芯片，以及Motorola（摩托罗拉）公司的68000系列芯片。

如前所述，对于通用微型计算机，微处理器叫作中央处理器（CPU）。

专门用作图像数据处理的微处理器叫作图形处理器（Graphics ProcessingUnit，GPU），如Nvidia（英伟达）GeForce 7X0 GPU。

专门用于音频数据处理的微处理器叫作音频处理器（Audio Processing Unit，APU），如Creative emu10k1 APU。

（B）嵌入式系统的微处理单元

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，能够根据用户需求（功能、可靠性、成本、体积、功耗、环境等）灵活裁剪软件硬件模块的专用计算机系统。

嵌入式系统由硬件和软件组成。嵌入式系统的软件只包括操作系统和应用程序。嵌入式系统的硬件包括信号处理器、存储器、通信模块等。

从硬件角度看，嵌入式系统主要有下列四种类型；或者说，嵌入式系统的微处理单元有下列四种：

（1）嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU）

1971年11月，英特尔公司推出了世界上第一个微处理器4004。这是4位字长的微处理器芯片。

现在的嵌入式微处理器（MPU）是由通用计算机中的CPU演变而来的。它是具有32位以上的处理器。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。

也有由通用微处理器发展出来的嵌入式微处理器。比如，Intel的386EX就是由80386微处理器发展出来的嵌入式微处理器。

主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

ARM架构的微处理器占据智能手机微处理器市场的90%。

（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit， MCU）

早期的微控制器（Microcontroller Unit，MCU）是将一台计算机各种必要部件集成到一个芯片中，实现嵌入式应用，故又称单片机（single chip microcomputer）。

单片机是一种集成电路芯片，是构成的一台微型计算机的主机。与微型计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。

与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器适合于实时控制，因此称为微控制器。

MCU拥有的品种最多。比较有代表性的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及众多专用MCU和兼容系列。

MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。

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

DSP（数字信号处理器）是专门用于信号处理方面的处理器。它具有很高的编译效率和指令执行速度，能够极快地进行离散时间信号处理。

在音频和视频通信的场合，以及在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上，DSP获得了广泛的应用。

应用最广的DSP是TI（德州仪器）的TMS320C2000/C5000系列和Motorola的5600X系列；其次是Intel（英特尔）的MCS-296，Siemens（西门子）的TriCore，等等。

（4）嵌入式片上系统（System OnChip）

嵌入式片上系统（SoC）是具有很大包容的集成器件。SoC最大的特点是实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。

比较典型的SoC产品是Philips（菲利普）的Smart XA。其它的SOC产有Siemens（西门子）的TriCore，Motorola（摩托罗拉）的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片，等等。

单板机、单片机以及它们的区别和联系

（A）单板机及其与微处理器的关系

单板机是在一块PCB电路板上把CPU（微处理器）、ROM（只读存储器）、RAM（随机存储器）和I/O（输入/输出）接口电路等大规模集成电路片子组装在一起，并配有必要简单外部设备，例如键盘和显示器，从而形成的微型计算机。

单板机的核心部件是微处理器。这是单片机的CPU（中央处理器）。

单板机是最简单的、完整的微型计算机。

PCB（Printed Circuit Board），即印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元件，为了使各个元件之间的电气互连，都要使用印制板。

（B）单片机及其与微控制器的关系

单片机是一种集成电路芯片。它把具有数据处理能力的中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）、多种I/O（输入/输出）接口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块芯片上，构成的一个微型计算机的主机。

单片机的核心部件是微控制器，又叫CPU（中央处理器）。

现在，业内人士把微控制器称为单片机。

单片机是专门用作嵌入式应用而设计的单芯片微型机。为了满足不断扩展的嵌入式应用需求，不断在片内增加各种单元电路，而形成目前广泛使用的微控制器。因此，单片机是一个典型的普及型的嵌入式系统，因为它们除了嵌入式应用之外没有其他用途。

单片机适合于实时控制，因此称为微控制器（MCU）。

（C）单板机与单片机的联系和区别

单片机与单板机的联系是：单片机加上I/O设备，例如键盘和显示器，就成为单板机。

单板机与单片机的根本区别在于：单板机是完整的微型计算机；而单片机只有微型计算机的主机，没有输入输出（I/O）设备。

其次，单板机的核心是微处理器；单片机的核心是微控制器。现在单片机成了微控制器的代称。

单片机的研制发展和51系列单片机

单片机发展历史的前期，英特尔（Intel）公司主导了单片机的研制和发展。

英特尔公司于1980年推出了8位MCS-51系列单片机。它与以前的机型MCS-48相比，功能增强了许多，运行速度提高了许多。

Intel 51系列是基本型，包括8031、8051、8751、8951这四个机种。它们都使用8031指令系统，其区别仅在于片内储存器容量。8051的ROM（只读存储器）容量为4KB。

英特尔8051单片机属于MCS-51系列单片机的一种，是MCS-51系列单片机中的最基础的单片机型号。

由于Intel公司将重点放在286、386、486、奔腾等高档芯片开发上，没有重视MCS-51系列单片机。Intel公司将MCS-51系列的8051内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名的企业，如Philips（菲利普）、NEC（日本电器）、Atmel（艾特梅尔）、AMD、Dallas、Siemens（西门子）、Fujutsu（富士通）、OKI（冲电器）、华邦、LG等。这些企业在保持与8051单片机兼容的基础上，对8051单片机做了很多改善。

这使得以英特尔8051为内核的MCS-51单片机系列在世界上应用最广泛，产量最大。其中，英特尔80C51已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片单片机。

MCU单片机占嵌入式系统约70%的市场份额。

51系列单片机是对各家公司开发制造的所有兼容Intel公司 8031指令系统的、基于8051芯片的单片机的统称。

51系列单片机是中国和世界应用最广的一种单片机。
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