【STM32】基础知识 第一课 单片机简介
【STM32】基础知识 第一课 单片机简介
- 单片机是什么
- 单片机和电脑区别
- 单片机的特点
- 单片机有什么用
- 单片机发展历程
- 单片机发展趋势
- CISC vs RISC
- CISC 和 RISC 举例
- 冯诺依曼结构 vs 哈佛结构
单片机是什么
单片机 (Single-Chip Microcomputer) 单品微型计算机, 是一种集成电路芯片.
单片机和电脑区别
电脑 vs 单片机:
| 电脑 | 单片机 |
|---|---|
| CPU | CPU |
| 内存 | SRAM |
| 硬盘 | Flash |
| 主板 | 外设 |
- SRAM 静态随机读取器 (Static Random-Access Memory): SRAM 是随机存储器的一种, 属于静态数据, 这类存储器要是维持电源, 里面存储的信息就可以恒常维持. 电脑的内存属于 DRAM, 需要电路不断的去刷新
- Flash 闪存 (Flash Memory): 是一种像电可擦写只读存储器一样的存储器, 允许对资料进行多次的删除, 加入或改写.
电脑 vs 单片机:
| 对比项 | 电脑 | 单片机 |
|---|---|---|
| CPU 主频 | X86, 2-5 GHz | 51/ARM/RISC-V, 72MHz@STM32F1 |
| 内存容量 | GB 级, 约 40GB/S @DDR4 | KB 级, 约 300MB/S @STM32F1 |
| 硬盘容量 | TB 级, 约 500MB/S @SATA3 | KB 级, 约 100MB/S @STM32F1 |
| 功耗 | 数百 W | <0.5W |
| 价格 | 2k-10k | <10元 |
单片机的特点
- 体积小: <5mm*5mm
- 功耗低: mA 级
- 集成度高: IO/TIM/AD/DA
- 使用方便: C/Debug
- 扩展灵活: IIC/SPI/FSMC
单片机有什么用
- 仪器仪表: 电源/示波器/焊台
- 家用电器: 空调/冰箱/洗衣机
- 工业控制: 机器人/PLC/电梯
- 汽车电子: GPS/ABS/胎压监测
单片机发展历程
从时间角度来看:
- 探索阶段 (1976-1978): MSC-48
- 完善阶段 (178-1982): MCS-51 (8051)
- 向微控制器发展阶段 (1982-1990): MCS-96
- 微控制器全面发展阶段 (1990-现在): ARM, RISC-V
从产品目的来看:
- SCM 单片微型计算机阶段: 单片形态
- MCU 微控制器阶段: 完善控制
- SoC 嵌入式系统阶段: 软硬件协同设计
单片机发展趋势
- CPU: 主频高/64 位/双 CPU/流水线
- 存储器: MB 级别/片内 ROM 开始 FLASH 化/程序加密化
- IO:提高并行口驱动能力/增加IO功能
- 外围电路内置化 (提高集成度): DMA/AD/DA/液晶驱动等内置到片内
- 品种多样化: 低功耗化/微型化/低价格/专用化
CISC vs RISC
| 对比项 | 复杂指令集计算机 (CISC) | 精简指令集计算机 (RISC) |
|---|---|---|
| 目的 | 为了便于编程和提高存储器访问效率 | 为了提高处理器运行速度 |
| 指令特点 |
1. 指令多, 模式多, 格式可变 2. 指令的执行需要的时钟周期差距很大 3. 无流水线或流水线程度较低 4.指令集由微代码翻译执行 |
1.指令少, 模式少格式固定 2. 大多数指令只需要一个周期 3. 流水线结构 4. 指令直接由硬件执行 |
| 优点 |
1. 指令集丰富, 功能强大 2. 寻址方式灵活 |
1. 指令精简, 易于设计 2. 程序执行效率高 |
| 缺点 |
1. 指令使用率不均衡 2. 不利于采用先进结构提高性能 3. 结构复杂不利于超大规模成电路实现 |
1. 指令数较少, 功能不及 CISC 强大 2. 寻址方式不够灵活 |
指令: 微机完成规定操作的命令, 分为三大类:
- 微指令: 微程序级的命令, 它属于硬件
- 宏指令: 由若干条机器指令组成的软件指令, 它属于软件
- 机器指令 (指令): 介于微指令与宏指令之间, 每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算
CISC 和 RISC 举例
- CSIC: 8051, x86 (Intel, AMD)
- RISC: ARM (高通, 联发科, 苹果, ST), MIPS (MIPS, 龙芯中科), RISC-V (平头哥, 华米, 英伟达)
冯诺依曼结构 vs 哈佛结构
冯诺依曼结构 (Von Neumann Architecture):
- 优点: 总线资源占用少
- 缺点: 执行效率低
哈佛结构 (Harvard Architecture):
- 优点: 执行效率较高
- 缺点: 总线资源占用多
出处: 笔记摘自正点原子
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