1964 年，IBM 公司的阿姆達爾將計算機體系結(jié)構(gòu)(Computer Architecture)定義為“程序員所看到的計算機屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性”。目前，主要的計算機體系結(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“存儲程序的原理”所設(shè)計的計算機的體系結(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)的特點是，指令和數(shù)據(jù)存放在同一個存儲器的不同存儲單元中，使用同一套總線(地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線)進行讀或?qū)懙脑L問。這種體系結(jié)構(gòu)的缺點是：

1)因為使用同一套總線訪問指令和數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)和指令的寬度(即所含二進制數(shù)的 位數(shù)) 是相同的， 而且不能同時訪問指令和數(shù)據(jù)。

2)因為指令和數(shù)據(jù)在存儲器中混合存放，為了避免混淆， 必須在程序中進行存儲器空 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，這使得計算機程序的結(jié)構(gòu)相對復雜。

(2)哈佛結(jié)構(gòu)

計算機的哈佛結(jié)構(gòu)如圖 1-7 所示，與馮 ·諾依曼結(jié)構(gòu)相比，其最大特點是指令和數(shù)據(jù)分別存放在不同的物理存儲器中，并通過兩套總線進行訪問。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是： 1)指令和數(shù)據(jù)的寬度可以不同，可以實現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的同時訪問。 2)因為指令和數(shù)據(jù)的存儲空間在物理上是獨立的，因此不需要在程序中進行存儲器空間的邏輯劃分，程序結(jié)構(gòu)相對簡單。哈佛結(jié)構(gòu)因其能夠有效提高計算機的數(shù)據(jù)吞吐量，而被廣泛應(yīng)用于嵌入式微型計算機，如以 MCS-51 單片機為代表的各種微控制器。

圖 1-7 哈佛結(jié)構(gòu)

單片機簡介

單片機是將微型計算機的多個部件集成在一片芯片上的單片型微型計算機，是微型計算機領(lǐng)域的一個主流分支。

單片機的發(fā)展和應(yīng)用

1971 年，Intel 公司成功研制出世界上第一個微處理器。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，也使得計算機的微型化得以實現(xiàn)。

1976 年， Intel 公司研制出 MCS-48 系列單片機，該單片機的 CPU 字長為 8 位， 是世界 上第一款真正意義上的“單片機”。之后，Intel 公司又于 1980 年推出了 8 位的 MCS-51 系列 單片機(簡稱為 MCS-51 單片機)，該系列單片機簡單、易學、性價比高，是目前應(yīng)用數(shù)量最多、最廣泛的單片機之一。 MCS-51 單片機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、專用化是單片機的主要發(fā)展趨勢。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內(nèi)部，使得單片機的功能更豐富、多樣。另外，目前單片機 的字長可以達到 64 位，隨著字長的提高，單片機的運算能力也得到了顯著提高。

單片機的技術(shù)特點側(cè)重于控制應(yīng)用，因其體積小、控制功能強、可靠性高、功耗低和接 口豐富等特點，而被廣泛應(yīng)用于智能儀表(如頻率計、示波器和萬用表)、家電產(chǎn)品(如空 調(diào)器、洗衣機和電冰箱) 及醫(yī)療設(shè)備(如呼吸機、心電圖儀和超聲波掃描儀)等產(chǎn)品中。

MCS-51 系列單片機概況

MCS-51 系列單片機一經(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發(fā)，逐漸淡出 MCU 研發(fā)領(lǐng)域，并將 MCS-51 單片機的核心技術(shù)授權(quán)與其他公司。這些公司將自己的優(yōu)勢技術(shù)應(yīng)用于單片機研究，開發(fā)出具有自身性能優(yōu)勢的 MCS-51 單 片機兼容產(chǎn)品?，F(xiàn)在，人們習慣將與 MCS-51 內(nèi)核兼容的單片機稱為 MCS-51 單片機或 51 單片機。

目前，生產(chǎn) MCS-51 兼容單片機的公司主要有 Ateml 、NXP 、STC 和 SST 等。其中 Ateml 公司將閃存(Flash) 技術(shù)用于單片機，開發(fā)出了 AT89C51 和 AT89C52 兩大系列單片 機， 其中 AT89S 系列單片機支持在系統(tǒng)編程(ISP) 。STC 公司生產(chǎn)的 STC89 系列單片機支持在系統(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 系列單片機最大特點是僅用單片機串口就可以進行在線仿真。