什么是微處理器？

一個(gè)微處理器就是一個(gè)計(jì)算機(jī)。所有的計(jì)算機(jī)——無(wú)論我們所說(shuō)的個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)或是一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)或是一個(gè)微控制器——都有很多共同點(diǎn)：

• 所有的計(jì)算機(jī)都有一個(gè)用來(lái)執(zhí)行程序的CPU（中央處理單元）。如果你正坐在一臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī)前閱讀這篇文章，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的CPU現(xiàn)在正在執(zhí)行一個(gè)程序，這個(gè)程序就是用于顯示這個(gè)網(wǎng)頁(yè)的Web瀏覽器。
• CPU從某個(gè)設(shè)備中加載程序。在你的臺(tái)式計(jì)算機(jī)上，瀏覽器程序是從硬盤(pán)中載入的。
• 計(jì)算機(jī)具有一些用來(lái)存儲(chǔ)“變量”的RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）。
• 此外，計(jì)算機(jī)還有一些輸入和輸出的設(shè)備，這樣它才能和用戶交換信息。在你的臺(tái)式計(jì)算機(jī)上，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是輸入設(shè)備，顯示器和打印機(jī)是輸出設(shè)備。 硬盤(pán)則是一個(gè)輸入輸出設(shè)備——它既可以輸入又可以輸出。

你正在使用的臺(tái)式機(jī)是一種“通用計(jì)算機(jī)”，它可以運(yùn)行數(shù)以千計(jì)的各類程序。而微控制器則是用作特殊用途的“專用計(jì)算機(jī)”。它專注于做一件事。 微控制器還有許多共同的特點(diǎn)。如果一個(gè)計(jì)算機(jī)具備了以下大部分的特征，那么你就可以稱之為“微控制器”：

• 微控制器都“嵌入”在其他裝置（通常是一個(gè)消費(fèi)類產(chǎn)品）內(nèi)部來(lái)控制該產(chǎn)品的功能和操作。 因此，微控制器又被稱為“嵌入式控制器”。

• 微控制器運(yùn)行一個(gè)特定的程序來(lái)完成一項(xiàng)專門(mén)的工作。該程序存儲(chǔ)在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，一般不會(huì)被修改。

• 微控制器通常是低能耗的裝置。 臺(tái)式計(jì)算機(jī)的電源插頭幾乎始終插在墻壁插座中，其功率約為50瓦。電池供電的微控制器的功率大概為0.05瓦。

• 微控制器有一個(gè)專用輸入設(shè)備，通常（但并不總是）還有一個(gè)用作輸出的發(fā)光二極管或液晶顯示屏。 微控制器也從它所控制的裝置獲取輸入信號(hào)，并通過(guò)向設(shè)備中的不同部分發(fā)送信號(hào)來(lái)控制該設(shè)備。

  例如，電視機(jī)中的微控制器從遙控器得到輸入信號(hào)，然后在屏幕上顯示出來(lái)。微控制器會(huì)控制頻道選擇器、揚(yáng)聲器和一些如色彩、亮度等顯像管的電子調(diào)節(jié)。 汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器從氧氣和爆震等傳感器中得到輸入信號(hào)，對(duì)燃料混合以及火花塞定時(shí)等進(jìn)行控制。微波爐控制器從操作鍵盤(pán)獲得輸入信號(hào)，在液晶顯示屏上顯示輸出，并控制負(fù)責(zé)微波發(fā)生器開(kāi)關(guān)的繼電器。

• 微控制器通常具有小巧、低成本的特點(diǎn)。 對(duì)各個(gè)元件的選擇都秉持使體積最小化、使成本最低化的原則。

• 微控制器通常都很耐用，但也并不總是這樣。

  例如，控制轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的微控制器必須能夠在一般計(jì)算機(jī)無(wú)法承受的溫度極限下工作。美國(guó)阿拉斯加的汽車(chē)的微控制器就需要工作在零下34攝氏度的寒冷天氣里，而同樣的控制器在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州則需要工作在零上49攝氏度的炎熱環(huán)境中。再加上發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行發(fā)出的熱量，發(fā)動(dòng)機(jī)箱的溫度可高達(dá)零上65-80攝氏度。

  而錄像機(jī)內(nèi)部使用的嵌入式微控制器則沒(méi)有這么苛刻的要求。

實(shí)際上，用作微控制器的處理器多種多樣。 例如，數(shù)字手機(jī)工作原理一文中的移動(dòng)電話就包含一個(gè)Z-80處理器。Z-80處理器是一個(gè)8位微處理器，它誕生于二十世紀(jì)七十年代，最初用于當(dāng)時(shí)的家用計(jì)算機(jī)中。GPS接收機(jī)工作原理中的Garmin全球定位系統(tǒng)，包含一個(gè)低功耗版的Intel 80386處理器，據(jù)說(shuō)是這樣。Intel 80386處理器最初是專為臺(tái)式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的。

在許多產(chǎn)品中，例如微波爐，對(duì)于微控制器性能的要求很低，價(jià)格是主要的考慮因素。 在這樣的情況下，制造商開(kāi)始設(shè)計(jì)專用的微控制器芯片——一種專為成本低、體積小且功耗低設(shè)計(jì)的嵌入式中央處理器。Motorola 6811和Intel 8051都是這種芯片的成功典范。另外還有Microchip公司生產(chǎn)的名為“PIC 微控制器”的系列控制器，也非常受歡迎。從今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，這些中央處理器簡(jiǎn)易得令人難以置信；但是大批量購(gòu)買(mǎi)的價(jià)格非常低廉，而且往往只需一片就可以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的需要。

一個(gè)典型的低端微控制器芯片中約有1000字節(jié)的只讀存儲(chǔ)器和20字節(jié)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，有8個(gè)輸入輸出引腳。大批量生產(chǎn)這種芯片，單位成本不過(guò)幾美分。 當(dāng)然，你也不能指望在這種芯片上運(yùn)行像Microsoft Word這樣的程序——因?yàn)?Microsoft Word需要約30兆字節(jié)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)空間和每秒可執(zhí)行幾百萬(wàn)條指令的處理器。不過(guò)控制一臺(tái)微波爐可不需要Microsoft Word這么復(fù)雜的程序。你要使用微控制器完成的是一個(gè)具體的任務(wù)，而且低成本、低功耗運(yùn)行才是最重要的。