美国微芯公司是一家专门从事单片机开发、研制和生产的半导体厂商。其PIC单片机率先采用T精简指令集(Reduced Instruction Set Computer, RISC)结构,突破7传统单片机对PC机在结构上存在的自然依赖性,加上哈佛总线的存储器结构、两级流水线指令结构、单周期指令等技术,从而在单片机硬件结构上独辟蹊径,大大提高了系统运行的效率。除此之外,针对单片机应用的特点,从功耗、驱动能力、外围模块设计等方面,PIC单片机也有一些独到之处,从而使得PIC成为了一款方便实用的高性价比的单片机。以下对其优越性分别加以分析:

1.精简指令集技术

传统的单片机生产厂商采用复杂指令集(Complex Instruction Set Computer, CISC)结构,在设计上多带有PC机CPU结构的痕迹,采用CISC结构的单片机指令通常为50-110条,且多是多周期指令。而PIC的指令系统则是专门根据小型机特点设计的,力求每一条指令达到更高的效率,减少指令功能的重复。高中低档的PIC单片机指令数分别为58条、35条和33条.这就带来了两方面的好处,一方面可以使代码的利用率大大提高,有利于提高执行速度,另一方面给用户学习、记忆和应用带来了极大的好处,编程和调试相对就更加容易,而且同样的功能所需的编码减少,节约了开发时间。

2.哈佛(Harvard)总线结构

所谓哈佛结构是指程序存储器和数据存储器独立编址,即两者位于不同的物理空间。与之相对的是冯·诺依曼结构(又称普林斯顿结构),其程序存储器和数据存储器位于同一物理空间。冯·诺依曼结构的单片机指令和数据在同一存储空间,限制了工作的带宽,同时数据读取的可靠性也得不到很好的保证。而哈佛结构将二者分开,从而避免了这种瓶颈效应。INTER公司的MCS-51系列单片机采用了哈佛结构,但是程序和数据共用一条总线,在总线上仍然类似有冯·诺依曼结构的瓶颈效应,不能充分体现哈佛结构的优越性;而PIC系列单片机不仅采用了哈佛体系结构,还采用了哈佛总线结构,从而充分发挥了哈佛结构的潜在优势,大大提升了系统的运行效率和数据可靠性。两种结构的示意图分别如图1.2 (a)和图1.2之b)所示。

3.单字节指令

单字节指令对单片机系统是一个革新性的变化。从系统内部机理来讲,采用普林斯顿结构的单片机数据存储器和程序存储器统一编址,共用总线,故8位机的指令总线(也即程序总线)必然也是8位.但是由于数据线和指令总线的分离,8位单片机的指令总线可以不是8位,即所谓的宽字位指令。高中低档的PIC单片机的指令位数分别为16位、14位、12位。ROM和RAM的寻址相对独立,所有的指令实现了单字节化,这样一来,不仅使数据的存取更加安全,其运行速度也得到了显著的提高.从应用上来讲,一方面寻址方式变得简单,PIC单片机只有4种寻址方式,而51单片机为7种,68HC05为6种;另一方面节省了存储器空间,提高了代码压缩率,与同类单片机相比,相同的存储器空间可以储存更多的指令。

4.两级流水线指令结构

由于采用了哈佛总线结构,在芯片内部将数据总线和指令总线分离,并且采用了不同的总线宽度,这样一来,在处理一条指令的同时可以对下一条要执行的指令进行预处理,而不 必担心与数据读取产生冲突,这样就可以避免瓶颈效应,所谓预处理就是取指令的过程,从而产生了PIC单片机的两级流水线结构。如图1.3所示,当一条指令被执行时,下一条指令同时被取出,使得在每个时钟周期可以获得更高的效率。由于PIC单片机具有以上4点优势,因此其运行速度相对于普通单片机有了显著的提高。如图1.4所示为几种常用单片机执行速度的比较,从中可以看出PIC系列单片机的运行速度

5.寄存器组结构

PIC的所有寄存器,包括I/O端口、定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式,并月只需要一个指令周期就可以完成访问和操作,而像MCS-51等许多其他单片机,需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。

6.一次性可编程(OTP)技术

单片机按其存储器类型可分为MASK(掩膜)ROM, OTp(一次性可编程)ROM, FLASHROM等类型。MASK ROM的单片机价格便宜,但程序在出厂时己经固化,适合程序固定不变的应用场合。同时,掩膜需要大批量的定制,周期较长,对小批量的市场需求不能做出快逮的反应。FALSH ROM的单片机程序可以反复擦写,灵活性很强,但价格较高,适合对价洛不敏感的应用场合或做开发用途.OTP ROM的单片机价格介于前两者之间,同时又拥有一次性可编程能力,适合既要求有一定灵活性,又要求低成本的应用场合。随着市场的竞争远远高于其他同档次单片机。

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