單片計算機

單片計算機(single-chip computer)是指將計算機的主要部件製作在一個集成芯片上的微型計算機。單片計算機又稱為單片機或微控制器，從20世紀70年代開始，出現了4位單片計算機和8位單片計算機，20世紀80年代出現16位單片機，性能得到很大的提升，20世紀90年代又出現了32位單片機和使用FLASH存儲的微控制器。由於單片機的集成度高，所以單片計算機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，被廣泛應用於智能儀器儀表的製造、通過構造應用系統應用於工業控制、家用智能電器的製造、網絡通訊設備的使用和醫療衞生行業。

如果説單片機就是一個電腦你可能不會認可，其實它和我們用的電腦的在本質上沒有區別，只是5步和100步的區別，想比爾.蓋茨也給類似的東西搞過編程，當時機器的顯示器是幾個LED顯示燈。
　　單片機到底是什麼呢？就是一個電腦，只不過是微型的，麻雀雖小，五臟俱全：它內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存，並行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些控制電器一類不是很複雜的工作足矣了。我們用的全自動滾筒洗衣機，排煙罩VCD等等的家電裏面都可以看到它的身影！......它主要是作為控制部分的核心部件。
　　它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區別。
　　比爾.蓋茨就是比爾.蓋茨，他在關鍵的時候選擇了開發操作系統而不是接着對各種程序開發下去，畢竟操作系統是一切軟件的平台，就象地球是我們生存的平台。雖然運行的WIN系列的核心基礎是MS-DOS，雖然MS－DOS是比爾.蓋茨花錢買來的，開發MS-DOS的那個天才工程師後來在一個酒吧裏面死於一次打架鬥毆！英年早逝了，不過賣MS-DOS的那20000美元早就花光了。
　　如果比爾.蓋茨不懂技術他也就不會去買什麼MS-DOS，也就沒有後來的他的微軟帝國，這就是我們為什麼要學習技術的主要原因，不懂技術可以做混世魔王或者別的什麼，但是不會特別輝煌！從對待生命的態度來説，説到底，人其實只分為兩種，第一種：悠哉遊哉不求人生價值的實現，永遠都達不到自我的真正自由；第二種：孜孜不倦以求成功，對失敗的認識就是失敗是成功之母！這就是學習一些專業技術的意義了，換句話説：生存還是死亡，做一隻悠哉遊哉快樂的豬其實已經是死了，因為那是毫無意義的快樂，是一種墮落的逃避的快樂，是對生命的放棄。
　　單片機是靠程序的，並且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很複雜的功能要是用美國50年代開發的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！
　　由於單片機對成本是敏感的，所以目前佔統治地位的軟件還是最低級彙編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這麼低級為什麼還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什麼不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序裏面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸！對於家用PC的硬盤來講沒什麼，可是對於單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以彙編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統和應用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。
　　嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，並且軟硬件可裁剪，適用於應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用户的應用程序等四個部分組成，用於實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。
　　嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件（OS）（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。有時設計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制着系統的運作和行為；而操作系統控制着應用程序編程與硬件的交互作用。
　　嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點：
　　1）對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務並且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核心的執行時間減少到最低限度。
　　2）具有功能很強的存儲區保護功能。這是由於嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利於軟件診斷。
　　3）可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。
　　4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用於便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。
　　嵌入式計算機系統同通用型計算機系統相比具有以下特點：
　　1.嵌入式系統通常是面向特定應用的 嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用户羣設計的 系統中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利於嵌入式系統設計趨於小型化，移動能力大大增強，跟網絡的耦合也越來越緊密。
　　2.嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合後的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。
　　3.嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗餘，力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能，這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力
　　4.嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命週期。
　　5.為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯於磁盤等載體中。
　　6.嵌入式系統本身不具備自舉開發能力，即使設計完成以後用户通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發工具和環境才能進行開發。

單片計算機在計算器上的應用
　　計算器是我們在日常生活，特別是學習過程當中，最常見的輔助工具之一，“計算器”，特別是現代意義上的電子計算器，在具備常規意義上“+”“一”等功能的基礎之上，還能夠支持完成包括Sin、CoS、tan、Cot等一類函數數值、求和、方差等數據的計算功能、學習與生活工作中遇到的繁瑣性計算任務，都能夠通過刊計算器的應用得到迅速的解決，有着事半功倍的效果。

在計算器的設計工作中引人了單片計算機作為支持，在提高計算器運算能力以及速度方面有着重要的意義與價值。

單片機從根本上來説是對應於硬件結構的芯片，實際使用過程當中，為了能夠與被控制對象形成可靠的電氣連接關係，同時建立一個完整的單片機應用系統，往往需要通過外部擴展設備、接口電路、以及對象等方式加以實現。在計算器基本結構設計方案下，對單片計算機的應用需要重點關注一個問題：在計算器內部結構構成方面，單片機最小系統外所涉及到的復位電路，時鐘源元件，以及電源元件可集中稱之為單片機最小系統，實現計算器加減乘除一類的簡單性操作功能。 ^[1]