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很久以前,人类发明了数字。从那时起,人类社会发生了巨大的变化。有了数字,人们解决了许多问题。在数字的帮助下,人们学会了测量和计算。人们发明了温度计、时钟、尺子、算盘……生活中原本模糊的概念,变得不再模糊,反而非常精确。
1870年以后,科学技术的发展取得了飞速的进步。各种新技术、新发明层出不穷,并迅速应用于工业生产,极大地促进了经济的发展。第二次工业革命爆发。在这次工业革命中,电力得到了广泛的应用。在那之后,人们发明了各种电子元件,特别是电子管、晶体管和后来的集成电路,对人类社会产生了巨大的影响。
有一种说法是,懒惰的人促进社会进步。这种说法是有道理的。在科学技术不断发展的过程中,一方面,人们希望创造出一种机器,可以帮助我们解决现实世界中的各种问题,使我们从重复繁重的脑力劳动中解脱出来;另一方面,在军事上,由于种种原因,往往需要在短时间内完成火炮弹道计算、密码解密等任务,人的数字计算能力往往远远不能满足要求。起初,人们发明了算盘等计算工具,并发明了一些机械计算机,通过齿轮传动等原理进行计算。
后来,随着电子技术的迅速发展,人们发明了电子计算机。早期的电子计算机使用了大量的电子管,这些电子管非常大,消耗大量的电力,而且操作起来非常复杂。例如,1946年发明的“ENIAC”电子计算机,占地170平方米,重30吨,耗电量高达150千瓦,其计算能力远不及今天智能手机的CPU。尽管如此,它已经比当时的中继计算机快了一千倍。随着晶体管和集成电路的出现,计算机技术以惊人的速度发展。今天,各种各样的电脑设备随处可见,甚至我们许多人的生活和工作都离不开电脑。
在数字计算机发明之前,所有的电子计算机都是模拟计算机。模拟计算机使用内部电子设备的电压和电流来表示要进行处理的数字或物理量。这种类型的计算机在处理问题时精度差,结构复杂,容易受到外界的干扰。所以后来人们发明了数字计算机。数字计算机将各种外部信息转换成数字,然后对数字进行计算,得到确定的结果。我们人类使用的数字通常是十进制的,因为我们有十个手指。然而,由于许多电子设备只有两种确定的状态,如开关的开与关,灯的开与关,数字计算机用二进制数来表示数字“l”和“O”,通过控制设备的开与关来实现各种功能。由于它没有模拟计算机的缺陷,所以发展非常迅速,已经成为当今计算机的主流。
在计算机发展的同时,另一种相对陌生的东西也在悄然发展。1971年,世界上第一台计算机微处理器4004由美国英特尔公司推出。与此同时,一种叫做单片机的技术也逐渐发展起来并得到了广泛的应用。单片机的全称是单片机,又称微控制器,英文名MCU (Micro Control Unit),可以理解为计算机的简化版。单片机相当于把计算机的所有主要部件,如中央处理器、存储器、IO口、中断系统等都封装在一块集成电路芯片中。初学者可能不熟悉这些术语,但不要担心,稍后会向您介绍它们。下面是一些常见的单片机。
我们为什么要发明单片微型计算机?这很容易理解。俗话说,为什么要用屠刀杀鸡?生活中有很多事情并不是很复杂,也不需要像计算机这样庞大的机器来处理,所以我们只需要使用计算机的简化版——单片机就可以完成任务。与大家熟悉的计算机相比,单片机的配置差得多,简直低得难以想象。我们常用的笔记本电脑的CPU处理速度可以达到2GHz以上,而且是双核或者四核甚至更高。但是,与普通的单片机(STC89C52RC,我们将从这个单片机开始学习)相比,它的最大处理速度只有几十MHz(其中1GHz = 1000MHz);
笔记本电脑的硬盘是几百GB甚至几TB,而相当于硬盘的ROM在单片机中只有几到几十KB (ITB = 1024GB, IGB = 1024MB, IMB = 1024KB, IKB = 1024B);主流笔记本的内存一般都有几个GB,而相当于单片机内存的RAM只有可怜的几十个字节(即B单元)。但不要小看这样的“低端”单片机。只要在里面写一个程序,就足以控制像我们经常看到的所谓“智能洗衣机”这样的电器。学习单片微型计算机也会让你对计算机有更深的了解。