1964 年，IBM 公司的阿姆達(dá)爾將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)(Computer Architecture)定義為“程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性”。目前，主要的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)有 馮 ·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。

(1) 馮 ·諾依曼結(jié)構(gòu)

按照馮·諾依曼的“存儲(chǔ)程序的原理”所設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)為馮·諾依曼結(jié)構(gòu) (也被稱為普林斯頓結(jié)構(gòu))，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-6 所示。使用 Intel 公司 x86 系列微處理器的 PC 均為馮 ·諾依曼結(jié)構(gòu)。

圖 1-6 馮 ·諾依曼結(jié)構(gòu)

馮 ·諾依曼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，指令和數(shù)據(jù)存放在同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同存儲(chǔ)單元中，使用同一套總線(地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線)進(jìn)行讀或?qū)懙脑L問(wèn)。這種體系結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：

1)因?yàn)槭褂猛惶卓偩€訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)和指令的寬度(即所含二進(jìn)制數(shù)的 位數(shù)) 是相同的， 而且不能同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。

2)因?yàn)橹噶詈蛿?shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中混合存放，為了避免混淆， 必須在程序中進(jìn)行存儲(chǔ)器空 間的邏輯劃分，將指令和數(shù)據(jù)劃分入不同的邏輯空間，例如：Intel 公司的 16 位 CPU 8086 將存儲(chǔ)器劃分成不同的邏輯段，包括：存放數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段和存放指令的代碼段等，這使得計(jì)算機(jī)程序的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

(2)哈佛結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)的哈佛結(jié)構(gòu)如圖 1-7 所示，與馮 ·諾依曼結(jié)構(gòu)相比，其最大特點(diǎn)是指令和數(shù)據(jù)分別存放在不同的物理存儲(chǔ)器中，并通過(guò)兩套總線進(jìn)行訪問(wèn)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是： 1)指令和數(shù)據(jù)的寬度可以不同，可以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的同時(shí)訪問(wèn)。 2)因?yàn)橹噶詈蛿?shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間在物理上是獨(dú)立的，因此不需要在程序中進(jìn)行存儲(chǔ)器空間的邏輯劃分，程序結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。哈佛結(jié)構(gòu)因其能夠有效提高計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐量，而被廣泛應(yīng)用于嵌入式微型計(jì)算機(jī)，如以 MCS-51 單片機(jī)為代表的各種微控制器。

圖 1-7 哈佛結(jié)構(gòu)

單片機(jī)簡(jiǎn)介

單片機(jī)是將微型計(jì)算機(jī)的多個(gè)部件集成在一片芯片上的單片型微型計(jì)算機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)主流分支。

單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用

1971 年，Intel 公司成功研制出世界上第一個(gè)微處理器。之后，微處理器技術(shù)飛速發(fā)展，微處理器體積更小、功能更強(qiáng)，也使得計(jì)算機(jī)的微型化得以實(shí)現(xiàn)。

1976 年， Intel 公司研制出 MCS-48 系列單片機(jī)，該單片機(jī)的 CPU 字長(zhǎng)為 8 位， 是世界 上第一款真正意義上的“單片機(jī)”。之后，Intel 公司又于 1980 年推出了 8 位的 MCS-51 系列 單片機(jī)(簡(jiǎn)稱為 MCS-51 單片機(jī))，該系列單片機(jī)簡(jiǎn)單、易學(xué)、性價(jià)比高，是目前應(yīng)用數(shù)量最多、最廣泛的單片機(jī)之一。 MCS-51 單片機(jī)具有完善的總線集中管理功能和豐富的邏輯控制指令，奠定了單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

目前，低功耗、微型化、專用化是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更多 的 I/O 接口可以被集成到單片機(jī)內(nèi)部，使得單片機(jī)的功能更豐富、多樣。另外，目前單片機(jī) 的字長(zhǎng)可以達(dá)到 64 位，隨著字長(zhǎng)的提高，單片機(jī)的運(yùn)算能力也得到了顯著提高。

單片機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)側(cè)重于控制應(yīng)用，因其體積小、控制功能強(qiáng)、可靠性高、功耗低和接 口豐富等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于智能儀表(如頻率計(jì)、示波器和萬(wàn)用表)、家電產(chǎn)品(如空 調(diào)器、洗衣機(jī)和電冰箱) 及醫(yī)療設(shè)備(如呼吸機(jī)、心電圖儀和超聲波掃描儀)等產(chǎn)品中。

MCS-51 系列單片機(jī)概況

MCS-51 系列單片機(jī)一經(jīng)推出， 就得到了廣泛的應(yīng)用。之后，Intel 公司致力于高性能微處理器的開(kāi)發(fā)，逐漸淡出 MCU 研發(fā)領(lǐng)域，并將 MCS-51 單片機(jī)的核心技術(shù)授權(quán)與其他公司。這些公司將自己的優(yōu)勢(shì)技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī)研究，開(kāi)發(fā)出具有自身性能優(yōu)勢(shì)的 MCS-51 單 片機(jī)兼容產(chǎn)品。現(xiàn)在，人們習(xí)慣將與 MCS-51 內(nèi)核兼容的單片機(jī)稱為 MCS-51 單片機(jī)或 51 單片機(jī)。

目前，生產(chǎn) MCS-51 兼容單片機(jī)的公司主要有 Ateml 、NXP 、STC 和 SST 等。其中 Ateml 公司將閃存(Flash) 技術(shù)用于單片機(jī)，開(kāi)發(fā)出了 AT89C51 和 AT89C52 兩大系列單片 機(jī)， 其中 AT89S 系列單片機(jī)支持在系統(tǒng)編程(ISP) 。STC 公司生產(chǎn)的 STC89 系列單片機(jī)支持在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)、速度快、功耗低，應(yīng)用較多。 SST 公司生產(chǎn)的 SST89 系列單片機(jī)最大特點(diǎn)是僅用單片機(jī)串口就可以進(jìn)行在線仿真。