单片机的前世今生

很久以前,人类发明了数字。自此,人类社会发生了巨大的变化。有了数字,人们解决了很多问题。在数字的帮助下,人们学会了度量和计算,人们发明了温度计,发明了钟表,发明了直尺,发明了算盘……生活中原本模糊的概念,变的不再模糊,而是十分精确。1870年以后,科学技术的发展突飞猛进,各种新技术、新发明层出不穷,并被迅速应用于工业生产,大大促进了经济的发展。第二次工业革命爆发了。在这次工业革命中,电力得到了广泛的应用。之后人们发明了各种电子元器件,特别是电子管、晶体管以及后来集成电路的发明对人类社会产生了巨大的影响。图中给大家展示了一些常见的集成电路芯片。

单片机的前世今生
单片机的前世今生

有句话说,懒人推动社会进步。这句话是有一定道理的。在科技不断发展的过程中,一方面,人们希望制造出一种机器,能帮助我们完成处理现实世界中的各种问题,让我们从重复而繁重的脑力劳动中解放出来;另一方面,往往是在军事上,由于种种原因需要在较短的时间内,完成一些像炮弹轨道计算,密码破译之类的任务,而人类的数字运算能力往往远达不到要求。

最初人们发明了算盘之类的计算工具,又有人发明了一些机械式计算机,通过齿轮传动等原理进行运算。而后,在电子技术飞速发展的情况下,人们发明了电子计算机。早期电子计算机采用大量电子管,十分庞大,需要消耗很多电量,操作也非常复杂。如1946年发明的“埃尼阿克”电子计算机,占地面积170平方米,重达30吨,耗电量高达150千瓦,而运算能力却远不及今天智能手机的CPU,尽管如此,它已经比当时的继电器计算机快一千倍。而随着晶体管、集成电路的出现,计算机技术以惊人的速度发展着,到今天各种计算机设备随处可见,甚至我们很多人每天的生活和工作都已经离不开计算机。

帕斯卡和他的齿轮式加法器

数字计算机发明之前,电子计算机都是模拟计算机。模拟计算机通过内部电子器件的电压、电流大小等来表示一个数字或物理量,进行处理。这种计算机处理问题的精度差,而且结构复杂,也很容易受外界干扰。于是后来人们发明了数字计算机。数字计算机把外界的各种信息转换成数字,然后对数字进行运算,最终得到一个确定的结果。我们人类使用的数字一般为十进制,这是因为我们有十个手指。但是由于很多电子器件都只有两种确定的状态,比如开关的开和关,灯的亮和灭,于是数字计算机使用的是二进制的数字,通过控制器件的开和关来表示数字“1”和“0”,实现各种功能。由于它没有模拟计算机的那些缺陷,发展十分迅速,成为今天计算机的主流。

在计算机发展的同时,另一种大家相对陌生的东西也在悄悄发展着。在1971年,全球第一个计算机微处理器4004由美国Intel公司推出的同时,一种称之为单片机的技术也逐渐发展并得到广泛应用。单片机全称单片微型计算机,又称为微型控制器,英文名MCU(Micro Control Unit),可以理解为精简版的计算机。单片机相当于将计算机中的各个主要部件,CPU、存储器、IO口、中断系统等封装在一个集成电路芯片中。

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