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32位單片機(jī)的位數(shù)和指令集是關(guān)鍵選擇標(biāo)準(zhǔn)

MCU產(chǎn)品型號(hào)眾多,可以按照位數(shù)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、指令集和應(yīng)用領(lǐng)域這四種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。


按照位數(shù),通常可將MCU分為4位、8位、16位、32位。位數(shù)越高,運(yùn)算能力越強(qiáng)。


按照存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),MCU可分為馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。二者的主要區(qū)別為是否將程序指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于同一個(gè)存儲(chǔ)器中。


按照指令集,MCU可分為CISC(復(fù)雜指令集架構(gòu))和RISC(精簡(jiǎn)指令集架構(gòu))兩類。


MCU位數(shù)指的是MCU每次處理數(shù)據(jù)的寬度,或者總線及數(shù)據(jù)暫存器的寬度。1971年英特爾研制出世界上第一個(gè)4MCU Intel 4004,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用場(chǎng)景的多元化,陸續(xù)出現(xiàn)8位、16位、32單片機(jī)、甚至64位。目前MCU主要應(yīng)用在手機(jī)、PC外圍、遙控器等消費(fèi)電子,步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂控制等工業(yè)控制和汽車電子等領(lǐng)域。


8單片機(jī)市場(chǎng)地位穩(wěn)固,32單片機(jī)解決復(fù)雜場(chǎng)景問(wèn)題。據(jù)芯知匯數(shù)據(jù),2020年中國(guó)通用型MCU市場(chǎng)規(guī)模占比中,32位占比54%8位占比43%,4位占比2%,16位占比1%。32單片機(jī)8位占據(jù)市場(chǎng)主流,且未來(lái)32單片機(jī)產(chǎn)品占比預(yù)計(jì)仍將不斷提高。MCU的廣泛應(yīng)用源自8位時(shí)代,8MCU具有功耗低、成本低、使用便捷等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于消費(fèi)、工業(yè)控制、家電和汽車等領(lǐng)域,由于其產(chǎn)品穩(wěn)定性及高性價(jià)比,8位至今仍占據(jù)重要地位。16位產(chǎn)品性能不及32位,性價(jià)比不如8MCU,所以市場(chǎng)份額有被擠壓的趨勢(shì)。32單片機(jī)相比16位具有更強(qiáng)的運(yùn)算能力,可以滿足當(dāng)下大多數(shù)嵌入式場(chǎng)景的需求,且目前32MCU的成本逐漸接近8MCU,導(dǎo)致32MCU的市場(chǎng)占比最大。


按照程序指令和數(shù)據(jù)是否位于相同的存儲(chǔ)地址,可將MCU分為馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。馮諾依曼結(jié)構(gòu)又稱為普林斯頓結(jié)構(gòu),將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起,同時(shí)存儲(chǔ)器與中央處理器分開(kāi)。哈佛結(jié)構(gòu)將程序指令和數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ),中央處理器首先讀取指令存儲(chǔ)器中的指令,再讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中相應(yīng)的數(shù)據(jù),程序指令和數(shù)據(jù)指令可以有不同的數(shù)據(jù)寬度,通常具有較高的執(zhí)行效率。


CISCRISC指令集系統(tǒng)是目前主要的兩種MCU指令系統(tǒng)。CISC(復(fù)雜指令集)的指令格式和指令大小不固定,每條指令按照規(guī)范設(shè)計(jì)為最合適的格式和大小,每條指令執(zhí)行的時(shí)間不一樣,以此來(lái)追求更強(qiáng)的處理能力。RISC(精簡(jiǎn)指令集)的指令長(zhǎng)度是固定的,并且采取流水線的概念,將處理過(guò)程劃分為多個(gè)階段,每個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令,執(zhí)行部分并行處理。CISC指令能力強(qiáng),但CPU復(fù)雜度較高,RISC指令較為固定,優(yōu)化了編譯流程。


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