一、單片機是什么
二、單片機有什么用
三、單片機發(fā)展歷程
四、單片機發(fā)展趨勢
五、CISC VS RISC
六、總結(jié)

一、單片機是什么

單片機：Single-Chip Microcomputer，單片微型計算機，是一種集成電路芯片

RAM里的SRAM和DRAM

SRAM（Static Random Access Memory）和DRAM（Dynamic Random Access Memory）是兩種常見的隨機訪問存儲器類型，它們在內(nèi)部工作原理和應(yīng)用方面有一些顯著的區(qū)別。

1. SRAM（Static RAM）:

   • 靜態(tài)特性： SRAM是靜態(tài)存儲器，這意味著它在沒有時鐘信號的情況下可以保持存儲的數(shù)據(jù)。
   • 刷新： 不需要定期刷新，因為數(shù)據(jù)是存儲在觸發(fā)器中，只要電源保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)就會一直保持。
   • 速度： 通常比DRAM更快，因為讀寫操作可以直接在存儲單元之間進行，而不需要刷新周期或者訪問電容。

2. DRAM（Dynamic RAM）:

   • 動態(tài)特性： DRAM是動態(tài)存儲器，需要定期刷新以保持存儲的數(shù)據(jù)，因為數(shù)據(jù)存儲在電容中，電容會逐漸失去電荷。
   • 刷新： 需要周期性地刷新，否則數(shù)據(jù)會丟失。
   • 速度： 相對于SRAM而言，DRAM的訪問速度通常較慢，因為訪問需要經(jīng)過行和列的選擇。

3. 用途和成本：

   • SRAM： 通常用于需要快速訪問速度和不需要大容量的應(yīng)用，例如緩存內(nèi)存。
   • DRAM： 通常用于需要大容量存儲的應(yīng)用，例如系統(tǒng)內(nèi)存，因為DRAM可以提供相對較高的存儲密度。

4. 功耗：

   • SRAM： 通常功耗較高，因為它使用了更多的晶體管來實現(xiàn)每個存儲單元。
   • DRAM： 通常功耗較低，因為每個存儲單元只需要一個電容和一個訪問晶體管。

在嵌入式系統(tǒng)中，常常會使用SRAM作為處理器的緩存，而DRAM則用于系統(tǒng)內(nèi)存。選擇哪種類型的內(nèi)存取決于應(yīng)用的需求，例如速度、功耗、成本和容量。

Flash存儲器(閃存)

在嵌入式系統(tǒng)中，特別是在單片機（Microcontroller）中，Flash存儲器類似于個人電腦上的硬盤。

以下是關(guān)于Flash存儲器在單片機中的一些重要方面：

1. 非易失性存儲： Flash存儲器是一種非易失性存儲器，這意味著它可以在斷電后保持存儲的數(shù)據(jù)。這使得它非常適合用于嵌入式系統(tǒng)，因為系統(tǒng)可以在斷電或重啟后從Flash中加載程序代碼或配置信息。

2. 程序存儲： 在單片機中，F(xiàn)lash通常用于存儲程序代碼。當單片機啟動時，它會從Flash中讀取代碼并執(zhí)行。這使得Flash對于嵌入式系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要。

3. 數(shù)據(jù)存儲： 除了程序代碼，F(xiàn)lash還可以用于存儲非易失性數(shù)據(jù)，例如配置信息、參數(shù)設(shè)置等。這些數(shù)據(jù)可以在設(shè)備斷電后仍然保持，確保系統(tǒng)具有持久性。

4. 擦寫和擦除： Flash存儲器需要進行擦寫和擦除操作，而這些操作通常是以塊為單位進行的。在更新存儲的數(shù)據(jù)或程序時，需要將整個塊擦除，然后再進行寫入操作。這與RAM不同，RAM允許單獨的字節(jié)或字的寫入。

5. 壽命考慮： Flash存儲器有限的擦寫壽命，因此在設(shè)計中需要考慮擦寫次數(shù)。為了延長Flash的壽命，通常采用良好的擦寫算法和均衡擦寫操作。

總體而言，F(xiàn)lash存儲器在嵌入式系統(tǒng)中扮演著重要的角色，類似于個人電腦中硬盤的作用。不僅用于存儲程序代碼，還用于存儲系統(tǒng)的配置和持久性數(shù)據(jù)。

電腦 VS 單片機

計算X86 64位體系結(jié)構(gòu)的理論最大數(shù)據(jù)傳輸速率的公式是：

$$\text{傳輸速率}=(\text{位數(shù)}/8)\times \text{時鐘頻率}$$

其中：

• 傳輸速率是以字節(jié)每秒（Bytes per second）為單位的。
• 位數(shù)表示體系結(jié)構(gòu)的位數(shù)，例如64位。
• 時鐘頻率表示處理器的時鐘速率，例如5GHz。

這個公式是基于每個時鐘周期能夠處理的位數(shù)，通過將其轉(zhuǎn)換為字節(jié)，我們可以得到每秒的最大傳輸速率。

當主頻為2~5 GHz，帶入上述公式計算如下：

1. 最低主頻（2 GHz）：
   $$\text{傳輸速率}=(64\text{位}/8)\times 2\text{GHz}=16\text{GB/s}$$

2. 最高主頻（5 GHz）：
   $$\text{傳輸速率}=(64\text{位}/8)\times 5\text{GHz}=40\text{GB/s}$$

這個計算假設(shè)X86架構(gòu)每個時鐘周期可以處理64位的數(shù)據(jù)，并且通過將其轉(zhuǎn)換為字節(jié)，我們可以得到每秒的最大傳輸速率。根據(jù)您提供的范圍，最低到最高主頻下，傳輸速率的范圍在16 GB/s到40 GB/s之間。這是理論上的最大傳輸速率，實際的性能可能受到其他因素的影響，如內(nèi)存訪問模式、緩存性能等。

STM32F1系列的主頻為72MHz，內(nèi)存容量在KB級別，傳輸速率約為300MB/s。讓我們再次使用正確的公式：

$$\text{傳輸速率}=(32\text{位}/8)\times 72\text{MHz}=288\text{MB/s}$$

在這個計算中，我假設(shè)STM32F1系列每個時鐘周期可以處理32位的數(shù)據(jù)，通過將其轉(zhuǎn)換為字節(jié)，我們可以得到每秒的最大傳輸速率。因此，根據(jù)這個計算，理論上的最大傳輸速率為288MB/s，而不是300MB/s。這是一個近似值，實際性能可能會受到其他因素的影響。

單片機的特點

二、單片機有什么用

單片機在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，因為它們提供了緊湊、低功耗、高度集成的解決方案。以下是一些單片機在不同領(lǐng)域的典型應(yīng)用：

1. 儀器儀表：

   • 電源控制：單片機可用于實現(xiàn)電源管理、穩(wěn)壓和開關(guān)電源控制。
   • 示波器：數(shù)字示波器中的信號采集和處理通常涉及到單片機。

2. 家用電器：

   • 空調(diào)：溫度控制、風(fēng)扇速度調(diào)節(jié)等。
   • 冰箱：溫度監(jiān)控、自動化控制。
   • 洗衣機：程序控制、電機驅(qū)動。

3. 工業(yè)控制：

   • 機器人：運動控制、傳感器數(shù)據(jù)處理、反饋控制。
   • PLC（可編程邏輯控制器）：工業(yè)自動化中的控制單元。
   • 電梯：樓層控制、安全系統(tǒng)。

4. 汽車電子：

   • GPS（全球定位系統(tǒng)）：導(dǎo)航、位置追蹤。
   • ABS（防抱死制動系統(tǒng)）：車輛剎車控制。
   • 胎壓監(jiān)測：檢測和報告輪胎壓力。

除了上述領(lǐng)域，單片機還廣泛應(yīng)用于消費電子、醫(yī)療設(shè)備、通信設(shè)備、安防系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備等。它們在這些應(yīng)用中扮演著控制、處理和通信的關(guān)鍵角色，提高了設(shè)備的智能化和自動化水平。

三、單片機發(fā)展歷程

四、單片機發(fā)展趨勢

五、CISC VS RISC

CISC（Complex Instruction Set Computing）和 RISC（Reduced Instruction Set Computing）是兩種計算機體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計哲學(xué)，它們主要在指令集的復(fù)雜性和執(zhí)行效率上有所不同。

CISC（Complex Instruction Set Computing）:

1. 指令集復(fù)雜： CISC體系結(jié)構(gòu)有一個復(fù)雜的指令集，其中包含大量不同的指令，一些指令可以執(zhí)行多個低級操作。

2. 多尋址模式： CISC指令集通常支持多種尋址模式，使得一條指令能夠操作多個內(nèi)存位置。

3. 硬件復(fù)雜： CISC架構(gòu)中的處理器通常較為復(fù)雜，包含多個執(zhí)行單元和管道。

4. 高度優(yōu)化： CISC指令集的目標是通過一個指令完成更多的工作，這通常需要更多的硬件支持和復(fù)雜的微體系結(jié)構(gòu)。

5. 用途： 傳統(tǒng)的x86架構(gòu)是CISC架構(gòu)的代表。

RISC（Reduced Instruction Set Computing）:

1. 指令集簡化： RISC體系結(jié)構(gòu)采用簡化的指令集，每條指令執(zhí)行的操作相對較少，但執(zhí)行時間相對較短。

2. 單尋址模式： RISC指令集通常限制了尋址模式，簡化了指令的解碼和執(zhí)行。

3. 硬件精簡： RISC處理器的硬件結(jié)構(gòu)相對精簡，專注于提高時鐘周期內(nèi)執(zhí)行指令的效率。

4. 流水線： RISC處理器通常采用流水線技術(shù)，使得多條指令可以同時在不同階段執(zhí)行。

5. 用途： ARM和MIPS等體系結(jié)構(gòu)是RISC架構(gòu)的代表。

在實際應(yīng)用中，CISC和RISC并非嚴格對立的兩種設(shè)計，而是兩者之間存在一些模糊的區(qū)域。一些架構(gòu)嘗試結(jié)合兩者的優(yōu)點，采用混合的設(shè)計方法，稱為復(fù)雜指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）的混合體（例如，Intel的IA-64架構(gòu)）。選擇CISC或RISC架構(gòu)通常取決于設(shè)計目標、應(yīng)用需求以及制造技術(shù)的發(fā)展。

馮諾依曼結(jié)構(gòu) VS 哈佛結(jié)構(gòu)

馮諾依曼結(jié)構(gòu)

程序指令和數(shù)據(jù)被存儲在同一個存儲器中

• 優(yōu)點：總線資源占用少
• 缺點：執(zhí)行效率較低

哈佛結(jié)構(gòu)

程序指令和數(shù)據(jù)存儲到兩個獨立的存儲器中

• 優(yōu)點：執(zhí)行效率較高
• 缺點：總線資源占用多

六、總結(jié)

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-828534.html

到了這里，關(guān)于【正點原子STM32】單片機簡介(FLASH、SRAM和DRAM、CISC和RISC、馮諾依曼和哈佛)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！