單片機(jī)小白學(xué)步(1) 單片機(jī)的前世今生

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數(shù)字的發(fā)明

很久以前，人類發(fā)明了數(shù)字。自此，人類社會(huì)發(fā)生了巨大的變化。有了數(shù)字，人們解決了很多問題。在數(shù)字的幫助下，人們學(xué)會(huì)了度量和計(jì)算，人們發(fā)明了溫度計(jì)，發(fā)明了鐘表，發(fā)明了直尺，發(fā)明了算盤……生活中原本模糊的概念，變的不再模糊，而是十分精確。

電的廣泛應(yīng)用和各種電子器件的發(fā)明

1870年以后，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，各種新技術(shù)、新發(fā)明層出不窮，并被迅速應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，大大促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。第二次工業(yè)革命爆發(fā)了。在這次工業(yè)革命中，電力得到了廣泛的應(yīng)用。

之后人們發(fā)明了各種電子元器件，特別是電子管、晶體管以及后來集成電路的發(fā)明對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了巨大的影響。圖中給大家展示了一些常見的集成電路芯片。

計(jì)算機(jī)的發(fā)明

有句話說，懶人推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。這句話是有一定道理的。在科技不斷發(fā)展的過程中，一方面，人們希望制造出一種機(jī)器，能幫助我們完成處理現(xiàn)實(shí)世界中的各種問題，讓我們從重復(fù)而繁重的腦力勞動(dòng)中解放出來；另一方面，往往是在軍事上，由于種種原因需要在較短的時(shí)間內(nèi)，完成一些像炮彈軌道計(jì)算，密碼破譯之類的任務(wù)，而人類的數(shù)字運(yùn)算能力往往遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

最初人們發(fā)明了算盤之類的計(jì)算工具，又有人發(fā)明了一些機(jī)械式計(jì)算機(jī)，通過齒輪傳動(dòng)等原理進(jìn)行運(yùn)算。而后，在電子技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，人們發(fā)明了電子計(jì)算機(jī)。早期電子計(jì)算機(jī)采用大量電子管，十分龐大，需要消耗很多電量，操作也非常復(fù)雜。如1946年發(fā)明的“埃尼阿克”電子計(jì)算機(jī)，占地面積170平方米，重達(dá)30噸，耗電量高達(dá)150千瓦，而運(yùn)算能力卻遠(yuǎn)不及今天智能手機(jī)的CPU，盡管如此，它已經(jīng)比當(dāng)時(shí)的繼電器計(jì)算機(jī)快一千倍。而隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以驚人的速度發(fā)展著，到今天各種計(jì)算機(jī)設(shè)備隨處可見，甚至我們很多人每天的生活和工作都已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)。

帕斯卡和他的齒輪式加法器

數(shù)字計(jì)算機(jī)發(fā)明之前，電子計(jì)算機(jī)都是模擬計(jì)算機(jī)。模擬計(jì)算機(jī)通過內(nèi)部電子器件的電壓、電流大小等來表示一個(gè)數(shù)字或物理量，進(jìn)行處理。這種計(jì)算機(jī)處理問題的精度差，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也很容易受外界干擾。于是后來人們發(fā)明了數(shù)字計(jì)算機(jī)。數(shù)字計(jì)算機(jī)把外界的各種信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字，然后對(duì)數(shù)字進(jìn)行運(yùn)算，最終得到一個(gè)確定的結(jié)果。我們?nèi)祟愂褂玫臄?shù)字一般為十進(jìn)制，這是因?yàn)槲覀冇惺畟€(gè)手指。但是由于很多電子器件都只有兩種確定的狀態(tài)，比如開關(guān)的開和關(guān)，燈的亮和滅，于是數(shù)字計(jì)算機(jī)使用的是二進(jìn)制的數(shù)字，通過控制器件的開和關(guān)來表示數(shù)字“1”和“0”，實(shí)現(xiàn)各種功能。由于它沒有模擬計(jì)算機(jī)的那些缺陷，發(fā)展十分迅速，成為今天計(jì)算機(jī)的主流。

單片機(jī)的發(fā)明

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的同時(shí)，另一種大家相對(duì)陌生的東西也在悄悄發(fā)展著。在1971年，全球第一個(gè)計(jì)算機(jī)微處理器4004由美國Intel公司推出的同時(shí)，一種稱之為單片機(jī)的技術(shù)也逐漸發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)，又稱為微型控制器，英文名MCU(Micro Control Unit)，可以理解為精簡(jiǎn)版的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)相當(dāng)于將計(jì)算機(jī)中的各個(gè)主要部件，CPU、存儲(chǔ)器、IO口、中斷系統(tǒng)等封裝在一個(gè)集成電路芯片中。初學(xué)者或許對(duì)這些名詞很陌生，但是不需要擔(dān)心，關(guān)于他們分別是什么，后面會(huì)給大家介紹。下面是一些現(xiàn)在常見的單片機(jī)。

從左往右，1、2為51單片機(jī)，3、4為AVR單片機(jī)，5、6、7為MSP430單片機(jī)

為什么要發(fā)明單片機(jī)呢？這個(gè)很好理解。俗話說，殺雞焉用牛刀。生活中有很多事情不很復(fù)雜，并不需要計(jì)算機(jī)那么龐大的機(jī)器來處理，于是我們只需要用精簡(jiǎn)版的計(jì)算機(jī)——即單片機(jī)來完成任務(wù)就好了。

單片機(jī)的特點(diǎn)

比起大家熟悉的計(jì)算機(jī)，單片機(jī)的配置可就差多了，簡(jiǎn)直是低的難以想象。我們常用的筆記本電腦CPU處理速度可以達(dá)到2GHz以上，還是雙核四核甚至更高級(jí)，但是拿一款常見的單片機(jī)（STC89C52RC，我們即將以這款單片機(jī)開始來進(jìn)行學(xué)習(xí)）來對(duì)比，它的最高處理速度只有幾十MHz（其中1GHz = 1000MHz）；筆記本電腦硬盤動(dòng)輒幾百GB乃至幾TB，而單片機(jī)中相當(dāng)于硬盤的ROM只有幾到幾十KB（1TB = 1024GB，1GB = 1024MB，1MB = 1024KB，1KB = 1024B）；主流筆記本的內(nèi)存普遍都有幾個(gè)GB，單片機(jī)中相當(dāng)于內(nèi)存的RAM只有可憐的幾十字節(jié)（即單位B）。但是大家千萬不要小瞧這么“低端”的單片機(jī)，只要給它寫進(jìn)程序，足以控制一臺(tái)我們經(jīng)?？吹降乃^“智能洗衣機(jī)”之類的電器。而且學(xué)習(xí)了單片機(jī)，也會(huì)讓你對(duì)計(jì)算機(jī)有更深入的了解。

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