单片机原理的发展史

单片机诞生于1971,经历了SCM、MCU、SoC三个阶段。早期的单片机都是8位或者4位的。最成功的是INTEL的8031,然后在8031上开发MCS51系列MCU系统。基于该系统的单片机系统至今仍被广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,出现了16位单片机,但由于性价比不理想,一直没有得到广泛应用。随着90年代以后消费电子产品的大发展,单片机技术有了很大的提高。随着INTEL i960系列尤其是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代了16位单片机的高端地位,进入主流市场。

传统8位单片机的性能也得到快速提升,处理能力较上世纪80年代提升了数百倍,目前高端32位Soc单片机的主频已经超过300MHz,性能正在赶超90年代中期的专用处理器,而普通型号的出厂价已经下降到1美元,最高端型号只有10美元。

当代的单片机系统不再仅仅是在裸机环境下开发和使用,大量的专用嵌入式操作系统被广泛应用于所有系列的单片机中。在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机中,甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。早期

SCM是单片机的阶段,主要是寻求单片机形式的嵌入式系统的最佳架构。“创新模式”的成功,奠定了单片机与通用计算机完全不同的发展道路。英特尔为嵌入式系统的自主开发做出了巨大贡献。

中期发展

MCU是微控制器单元的阶段,其主要技术发展方向是:扩展符合嵌入式应用要求的各类外围电路和接口电路,突出其智能控制能力。它所涉及的领域都与对象系统有关,所以开发MCU的重任不可避免地落在了电气电子技术厂商身上。由此看来,英特尔逐渐淡出MCU也有其客观因素。在MCU的开发中,最著名的厂商是飞利浦。

飞利浦公司凭借其在嵌入式应用中的巨大优势,将MCS-51从单片机迅速发展为微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统的发展道路时,不要忘记英特尔和飞利浦的历史功绩。

当代动向

SoC嵌入式系统(片上系统)自主发展到MCU阶段的一个重要因素就是寻求片上应用系统的最大化解决方案。因此,专用单片机的发展自然形成了SoC的趋势。随着微电子技术、ic设计和EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统的设计将会有很大的发展。所以对单片机的理解可以从单片机、单片机扩展到单片机应用系统。1971年,英特尔研发出全球首款4位微处理器;英特尔公司的霍夫成功研制出世界上第一个4位微处理器芯片Intel 4004,标志着第一代微处理器的问世,微处理器和微型计算机时代的开始。因为发明了微处理器,霍夫被英国《经济学人》杂志列为“二战以来最有影响力的七位科学家”之一。

1971年11月,Intel推出MCS-4微型计算机系统(包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器),其中4004(如下图)包含2300个晶体管,尺寸规格为3。

1972年4月,霍夫等人开发了第一个8位微处理器Intel 8008。因为8008采用的是P沟道MOS微处理器,所以还是属于第一代微处理器。

1973 intel开发了8位微处理器8080;1973年8月,霍夫等人开发出8位微处理器Intel 8080,用N沟道MOS电路代替P沟道,第二代微处理器诞生。

主频2MHz的8080芯片比8008快10倍,可以访问64KB内存。它使用了基于6微米技术的6000个晶体管,处理速度为0.64 MIPS(每秒百万条指令)。

1975年4月,MITS发布了第一款通用Altair 8800,售价375美元,内存1KB。这是世界上第一台微型计算机。

1976年,intel公司开发出MCS-48系列8位单片机,这也是单片机的问世。

Zilog公司1976开发的Z80微处理器广泛应用于微型计算机和工业自动控制设备中。当时,Zilog、摩托罗拉和英特尔是微处理器领域的三大支柱。

80年代初,Intel在MCS-48系列单片机的基础上推出了MCS-51系列8位高端单片机。MCS-51系列单片机在片内RAM容量、I/O口功能和系统扩展方面都有了很大的提高。