嵌入式系统和单片机相比具有哪些优势
在当今的技术发展浪潮中，嵌入式系统和单片机作为关键组成部分，在各个行业中的应用越来越广泛。它们不仅在智能家居、工业自动化、汽车电子等领域发挥着重要作用，而且还带来了前所未有的便利性和效率。然而，对于初学者来说，嵌入式系统与单片机之间的区别以及它们各自的优势往往是一大难题。本文将从基本概念出发，为读者详细阐述两者的关系，并探讨它们相比之下所展现出的独特优势。
首先，我们需要对“嵌入式系统”这一概念有一个清晰的理解。简而言之，嵌入式系统是指那些直接控制物理设备或处理传感器输入以产生输出响应的一种计算机系统。这类计算机通常集成到其他设备中，如手机、汽车引擎管理控制单元或医疗仪器等，这使得他们能够提供高效且实时性的性能。在这种环境下，它们必须具备足够的小型化、高度可靠性以及适应不同条件下的稳定运行能力。
另一方面，“单片微控制器（MCU）”则是一个更具体的术语，它指的是一种包含了CPU核心，以及内存和I/O接口等硬件功能的一个微型电路板。这些微控制器被设计用于执行特定的任务，比如舵轮控制、大量数据采集及处理或者通信协议实现。在实际应用中，它们常常被用作小型机械装置、无线传感器网工作站甚至是简单的人工智能平台。
现在，让我们深入探讨这两个概念背后的关系及其区别：
软件与硬件
嵌入式系统虽然可以基于各种不同的硬件平台，但它更多地关注于操作环境，而非具体硬件。而单片机则是其中最为基础的一种类型，其主要由固定的CPU核心驱动，不同制造商会根据自己的技术标准提供一系列不同功能的产品。不过，无论如何，都存在着一种必然联系：任何一个复杂的嵌入式解决方案都可能依赖于大量数量级上的多个独立运行的小规模MCU网络，以达到最佳效果。此外，由于其强大的灵活性，使得某些复杂项目也能使用特殊定制的MCU来取代整个专门为该任务设计的大型服务器解决方案，从而减少成本并提高整体效率。
尺寸与成本
单片微控制器由于其小巧而紧凑，可以轻松安装在有限空间内，并且因为其生产批量较大，因此价格通常低廉。这使得它们非常适合于资源受限但需求不高的地方使用。但对于需要处理大量数据或者拥有高度灵活性要求的情况，可能就需要采用更高性能但同时价格也更贵的大型电脑或服务器了。而这里要注意的是，即便是在这类情况下，也有一些非常强大的现代MCU能够满足绝大多数用户需求，只需付出额外几十美元即可获得极好的性能提升。
开发周期
在快速迭代和敏捷开发成为主流趋势之后，对时间敏感性的产品尤其是那些涉及到连续更新改进的情形，有时候选择更加易于部署更新的小型设备会变得非常有吸引力。此时，尽管一些较大的运算任务仍然需要专业PC进行，但许多日益增长的事务已被重新分配给新的离散、小巧且充满潜力的MCU版本，这样做既能确保每次更新都能迅速推送至市场，同时保持成本有效利用。
安全问题
随着全球网络攻击事件日益增加，对信息安全保护意识增强。在此背景下，大规模中央数据库由于自身巨大且开放共享本质容易受到攻击，因此面临严重威胁。而反观，小巧精致、高度封闭且只服务特定目的的小型设备显著降低了这种风险，因为它不太可能成为黑客攻击目标之一。如果要维护最大程度上的安全，那么选择小巧但功能完整的一款单芯片还是比较合理的话选项之一。
能源消耗与寿命预期
对於很多人来说，将电子产品放置长时间没有使用状态是不理想的情况，因为这样会导致能源浪费以及对环境造成负担。当考虑到这样的因素时，小功耗但是又能够完成所有必要任务的小尺寸电路板显然优劣过于明显——特别是在那种远程监控场景中，他们可以持续很长时间运转而几乎不会消耗能源（当然，在那个期间如果遇到了故障，那么回收补货就会是个麻烦事）。
学习曲线与应用范围
对初学者来说，要完全掌握编程语言并学会如何创建复杂程序是一个挑战，而随着经验积累逐渐加深，这样的挑战逐渐减少。一旦熟练掌握了一种编程语言，就可以轻松地跨步进入另一个领域，比如从C++跳跃到Python再至Java。然而，当涉及到的都是针对特定目的构建起来并仅仅为了这个目的运行的时候，就显示出一套工具对于另一种工具来说其实并不那么直观也不那么容易上手；例如，从Arduino跳向ESP32/ESP8266系列，然后再进一步升级至STM32或者Raspberry Pi 4都会经历一定学习曲线，而这些曲线对于已经习惯了某种方式的人来说不是很困难，但是对于初学者却是一个巨大的障碍。但总结起来，如果你想尽快开始你的第一个项目，并希望得到最直接最有效果的话，你应该选择Arduino, ESP32/ESP8266 或许 STM32;如果你想要更多可能性，更丰富支持库，你应该选择Raspberry Pi 4.
综上所述，与其他形式的心智活动一样，每个人都有自己的偏好，所以说决定是否采用特殊类型microcontrollers还是普通computer真的取决于是你追求什么？如果追求速度、精准度以及经济价位，那么microcontrollers就是你的最佳朋友。如果追求扩展性、改变意愿以及改变界面，则computer那边就是你的避风港。你不能去错估自己真正寻找的是什么；因为找到正确答案，是走向成功道路上的第一步。
