单片机 long 8位和32位单片机最本质区别，2分钟看懂！|技术文档|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

8位和32位单片机最本质区别，2分钟看懂！

单片机的8位或32位说的是什么呢？

要搞懂这个问题，首先要搞明白8位或32位说的是单片机的哪一个部件。

这是单片机的内部框图，你看单片机内部有这么多部件构成，并不单单是一个CPU，它内部还集成了很多其它部件。

我们平时所说的这个单片机是多少位的，说的是这个单片机的CPU是多少位的，而和其它的部件无关。

而CPU也是由很多部件构成的，真正决定这个单片机或者处理器是多少位的，其实取决于ALU，ALU是Arithmetic logic unit的首字母缩写，即逻辑运算单元。

CPU是单片机的核心，而ALU是CPU的核心。

CPU所有的运算靠的都是ALU，它专门执行算术和逻辑运算，例如加减乘除运算、与或非。

我们所说的这个单片机是多少位的，其实说的是的ALU的位数，8位单片机的ALU是8位的。

A、B是它的数据输入,Y是输出

8位的ALU一次性最多可以处理8位数据。

比如计算两个8位二进制相加，

只需要给A和B输入两个8位二进制数，它的输出端就能计算这两个8位二进制相加的和。

而32位单片机的ALU是32位的，一次可以计算两个32位二级制数相加。

那8位机可以进行16位或者32位的计算吗？

这也是可以的，但是相对麻烦一些，比如当我们对8位单片机编程时，所定义的int型数据就是16位的，那么8位机就需要把这个16位数分成两个字节，分别计算。

计算32位数据也一样，在8位机当中，我们定义的long int整型数据其实是32位的，这样8位单片机就得把32位数据分成4个字节来分别计算。

如果是32位单片机，则它的ALU是32位的，计算32位数据只需要一次运算就完事了。

这就是32位单片机的优势所在。

而对于计算8位数据，8位或者32位单片机在速度上几乎差不多。

ALU和其它部件的数据传输靠的是数据总线，所以我们一般的说法是，8位单片机中的8位指的是数据总线的位宽是8位。

但其本质上还是它的ALU一次性最多能处理多少位数据。

数据总线是传输数据的，比如数据总线传输的是0101 0000，那么RAM的某一个字节就会存储0101 0000，但是RAM存储器有很多个字节，我们怎么确定要给哪一个字节存储数据呢？

这就得靠地址总线了，它可以指定给RAM存储器的哪一个字节存储数据。

在RAM存储器的最开始有一个地址译码器的部件。

这是一个两位译码器，它有两个输入，四个输出。

如果我们给它输入00，它的第一根线输出1（高电平），此时只有第一个RAM字节可以被数据总线写入；

而给它输入10，它的第二根线输出1(高电平)，指向第二个RAM字节。

以此类推，它可以单独控制每一根线的输出1。

它一共有4种不同的输入，则每一个不同的输入，对应一个输出线是高电平。

在最开始，8位单片机的地址总线是8位的，对应的RAM存储器的地址译码器也是8位的。

则它最多可以寻址到256个字节，即这种单片机的RAM值最大可拓展到256字节。

后来256字节不够用了，人们把8位机的地址总线拓展到了16位，则此时它可以寻址到的65536个字节，也就是64KB的RAM空间，虽然地址总线是16位的，但是数据总线是8位的，所以它还是8位单片机。

随着技术的发展，64KB的内存逐渐满足不了人们的需要。

所以32位CPU就显现出它的优势来了，它不仅有32位的数据总线，地址总线也拓展到了32位。

这样它可以寻址的内存空间就达到了42亿多字节、即4GB，在嵌入式领域几乎用不到4GB的内存空间。

虽然在嵌入式领域用不到这么多内存，但是在电脑端，CPU对RAM要求却很高，比如32位的电脑处理器，4GB早已不能满足人们的需求，后来的故事我们也都知道了，32位处理器也慢慢被淘汰了，64位处理器开始大行其道。

好了这就是我对8位单片机和32位单片机的理解，希望对你有帮助。

既要代码小，又想速度快！单片机程序该如何优化？

对程序进行优化，通常是指优化程序代码或程序执行速度。优化代码和优化速度实际上是一个予盾的统一。一般是优化了代码的尺寸，就会带来执行时间的增加；如果优化了程序的执行速度，通常会带来代码增加的副作用。很难鱼与熊掌兼得，只能在设计时掌握一个平衡点。

一、程序结构的优化

1.1 程序的书写结构

虽然书写格式并不会影响生成的代码质量，但是在实际编写程序时还是应该尊循一定的书写规则，一个书写清晰、明了的程序，有利于以后的维护。在书写程序时，特别是对于While、for、do…while、if…else、switch…case 等语句或这些语句嵌套组合时，应采用“缩格”的书写形式。

1.2 标识符

程序中使用的用户标识符除要遵循标识符的命名规则以外，一般不要用代数符号(如a、b、x1、y1)作为变量名，应选取具有相关含义的英文单词(或缩写)或汉语拼音作为标识符，以增加程序的可读性，如：count、number1、red、work 等。

1.3 程序结构

C 语言是一种高级程序设计语言，提供了十分完备的规范化流程控制结构。因此在采用C 语言设计单片机应用系统程序时，首先要注意尽可能采用结构化的程序设计方法，这样可使整个应用系统程序结构清晰，便于调试和维护。

对于一个较大的应用程序，通常将整个程序按功能分成若干个模块，不同模块完成不同的功能。各个模块可以分别编写，甚至还可以由不同的程序员编写，一般单个模块完成的功能较为简单，设计和调试也相对容易一些。在C 语言中，一个函数就可以认为是一个模块。

所谓程序模块化，不仅是要将整个程序划分成若干个功能模块，更重要的是，还应该注意保持各个模块之间变量的相对独立性，即保持模块的独立性，尽量少使用全局变量等。对于一些常用的功能模块，还可以封装为一个应用程序库，以便需要时可以直接调用。但是在使用模块化时，如果将模块分成太细太小，又会导致程序的执行效率变低(进入和退出一个函数时保护和恢复寄存器占用了一些时间)。

1.4 定义常数

在程序化设计过程中，对于经常使用的一些常数，如果将它直接写到程序中去，一旦常数的数值发生变化，就必须逐个找出程序中所有的常数，并逐一进行修改，这样必然会降低程序的可维护性。因此，应尽量当采用预处理命令方式来定义常数，而且还可以避免输入错误。

1.5 减少判断语句

能够使用条件编译(ifdef)的地方就使用条件编译而不使用if 语句，有利于减少编译生成的代码的长度。

1.6 表达式

对于一个表达式中各种运算执行的优先顺序不太明确或容易混淆的地方，应当采用圆括号明确指定它们的优先顺序。一个表达式通常不能写得太复杂，如果表达式太复杂，时间久了以后，自己也不容易看得懂，不利于以后的维护。

1.7 函数

对于程序中的函数，在使用之前，应对函数的类型进行说明，对函数类型的说明必须保证它与原来定义的函数类型一致，对于没有参数和没有返回值类型的函数应加上“void”说明。如果果需要缩短代码的长度，可以将程序中一些公共的程序段定义为函数。如果需要缩短程序的执行时间，在程序调试结束后，将部分函数用宏定义来代替。注意，应该在程序调试结束后再定义宏，因为大多数编译系统在宏展开之后才会报错，这样会增加排错的难度。

1.8 尽量少用全局变量，多用局部变量

因为全局变量是放在数据存储器中，定义一个全局变量，MCU 就少一个可以利用的数据存储器空间，如果定义了太多的全局变量，会导致编译器无足够的内存可以分配；而局部变量大多定位于MCU 内部的寄存器中，在绝大多数MCU 中，使用寄存器操作速度比数据存储器快，指令也更多更灵活，有利于生成质量更高的代码，而且局部变量所的占用的寄存器和数据存储器在不同的模块中可以重复利用。

1.9 设定合适的编译程序选项

许多编译程序有几种不同的优化选项，在使用前应理解各优化选项的含义，然后选用最合适的一种优化方式。通常情况下一旦选用最高级优化，编译程序会近乎病态地追求代码优化，可能会影响程序的正确性，导致程序运行出错。因此应熟悉所使用的编译器，应知道哪些参数在优化时会受到影响，哪些参数不会受到影响。

二、代码的优化

2.1 选择合适的算法和数据结构

应熟悉算法语言。将比较慢的顺序查找法用较快的二分查找法或乱序查找法代替，插入排序或冒泡排序法用快速排序、合并排序或根排序代替，这样可以大大提高程序执行的效率。

选择一种合适的数据结构也很重要，比如在一堆随机存放的数据中使用了大量的插入和删除指令，比使用链表要快得多。数组与指针具有十分密切的关系，一般来说指针比较灵活简洁，而数组则比较直观，容易理解。对于大部分分的编译器，使用指针比使用数组生成的代码更短，执行效率更高。

但是在Keil 中则相反，使用数组比使用的指针生成的代码更短。

2.2 使用尽量小的数据类型

能够使用字符型(char)定义的变量，就不要使用整型(int)变量来定义；能够使用整型变量定义的变量就不要用长整型(long int)，能不使用浮点型(float)变量就不要使用浮点型变量。当然，在定义变量后不要超过变量的作用范围，如果超过变量的范围赋值，C 编译器并不报错，但程序运行结果却错了，而且这样的错误很难发现。

2.3 使用自加、自减指令

通常使用自加、自减指令和复合赋值表达式(如a-=1 及a+=1 等)都能够生成高质量的程序代码，编译器通常都能够生成inc 和dec 之类的指令，而使用a=a+1 或a=a-1之类的指令，有很多C 编译器都会生成2~3个字节的指令。

2.4 减少运算的强度

可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。如下：

(1)求余运算

a=a%8;可以改为：a=a&7;

说明：位操作只需一个指令周期即可完成，而大部分的C 编译器的“%”运算均是调用子程序来完成，代码长、执行速度慢。通常，只要求是求2n 方的余数，均可使用位操作的方法来代替。

(2)平方运算

a=pow(a,2.0);可以改为：a=a*a;

说明：在有内置硬件乘法器的单片机中(如51 系列)，乘法运算比求平方运算快得多，因为浮点数的求平方是通过调用子程序来实现的，在自带硬件乘法器的AVR 单片机中，如ATMega163 中，乘法运算只需2 个时钟周期就可以完成。既使是在没有内置硬件乘法器的AVR单片机中，乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短，执行速度快。如果是求3 次方，如：a=pow(a,3.0);更改为：a=a*a*a；则效率的改善更明显。

(3)用移位实现乘除法运算

a=a*4;b=b/4;可以改为：a=a<<2;b=b>>2;

说明：通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。在ICCAVR 中，如果乘以2n，都可以生成左移的代码，而乘以其它的整数或除以任何数，均调用乘除法子程序。用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。实际上，只要是乘以或除以一个整数，均可以用移位的方法得到结果，如：a=a*9可以改为：a=(a<<3)+a

2.5 循环

(1)循环语

对于一些不需要循环变量参加运算的任务可以把它们放到循环外面，这里的任务包括表达式、函数的调用、指针运算、数组访问等，应该将没有必要执行多次的操作全部集合在一起，放到一个init 的初始化程序中进行。

(2)延时函数

通常使用的延时函数均采用自加的形式：

void delay (void){unsigned int i;for (i=0;i<1000;i++); }将其改为自减延时函数：void delay (void){unsigned int i;for (i=1000;i>0;i--); }

两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C 编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3 个字节，因为几乎所有的MCU 均有为0转移的指令，采用后一种方式能够生成这类指令。在使用while 循环时也一样，使用自减指令控制循环会比使用自加指令控制循环生成的代码更少1~3 个字母。

但是在循环中有通过循环变量“i”读写数组的指令时，使用预减循环时有可能使数组超界，要引起注意。

(3)while 循环和do…while 循环

用while 循环时有以下两种循环形式：

unsigned int i;i=0;while (i<1000){i++; //用户程序}或：unsigned int i;i=1000;do

{i--; //用户程序

}

while (i>0);

在这两种循环中，使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while循环。

2.6 查表

在程序中一般不进行非常复杂的运算，如浮点数的乘除及开方等，以及一些复杂的数学模型的插补运算，对这些即消耗时间又消费资源的运算，应尽量使用查表的方式，并且将数据表置于程序存储区。如果直接生成所需的表比较困难，也尽量在启动时先计算，然后在数据存储器中生成所需的表，后以在程序运行直接查表就可以了，减少了程序执行过程中重复计算的工作量。

2.7 其它

比如使用在线汇编及将字符串和一些常量保存在程序存储器中，均有利于优化。

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