一、8位微控制器

8031/8051/8751是Intel公司早期的產品

1、8031的特點

8031片內不帶程式儲存器ROM，使用時使用者需外接程式儲存器和一片邏輯電路373，外接的程式儲存器多為EPROM的2764系列。使用者若想對寫入到EPROM中的程式進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之後再可寫入。寫入到外接程式儲存器的程式程式碼沒有什麼保密性可言。

2、8051的特點

8051片內有4k ROM，無須外接外儲存器和373，更能體現“單片”的簡練。但是你編的程式你無法燒寫到其ROM中，只有將程式交晶片廠代你燒寫，並是一次性的，今後你和晶片廠都不能改寫其內容。

3、8751的特點

8751與8051基本一樣，但8751片內有4k的EPROM，使用者可以將自己編寫的程式寫入微控制器的EPROM中進行現場實驗與應用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線燈照射一定時間擦除後再燒寫。

由於上述型別的微控制器應用的早，影響很大，已成為事實上的工業標準。後來很多晶片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同類型的微控制器，如同一種微控制器的多個版本一樣，雖都在不斷的改變製造工藝，但核心卻一樣，也就是說這類微控制器指令系統完全相容，絕大多數管腳也相容；在使用上基本可以直接互換。人們統稱這些與8051核心相同的微控制器為“51系列微控制器”，學了其中一種，便會所有的51系列。

4、AT89C51、AT89S51的特點

在眾多的51系列微控制器中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51更實用，因他不但和8051指令、管腳完全相容，而且其片內的4K程式儲存器是FLASH工藝的，這種工藝的儲存器使用者可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的程式設計器均帶有這些功能。顯而易見，這種微控制器對開發裝置的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入微控制器內的程式還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。再著，AT89C51、AT89S51目前的售價比8031還低，市場供應也很充足。

AT89S51、52是2003年ATMEL推出的新型品種，除了完全相容8051外，還多了ISP程式設計和看門狗功能。我們也專門為這種新片設計了一款 程式設計、學習、實驗板。

5、AT89C2051、AT89C1051等的特點

ATMEL公司的51系列還有AT89C2051、AT89C1051等品種，這些晶片是在AT89C51的基礎上將一些功能精簡掉後形成的精簡版。AT89C2051取掉了P0口和P2口，內部的程式FLASH儲存器也小到2K，封裝形式也由51的P40腳改為20腳，相應的價格也低一些，特別適合在一些智慧玩具，手持儀器等程式不大的電路環境下應用；AT89C1051在2051的基礎上，再次精簡掉了串列埠功能等，程式儲存器再次減小到1k，當然價格也更低。

對2051和1051來說，雖然減掉了一些資源，但他們片內都集成了一個精密比較器，別小看這小小的比較器，他為我們測量一些模擬訊號提供了極大的方便，在外加幾個電阻和電容的情況下，就可以測量電壓、溫度等我們日常需要的量。這對很多日用電器的設計是很寶貴的資源。

ATMEL的51、2051、1051均有多種封裝，如AT89C(S)51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP等封裝；2051/1051有PDIP和SOIC封裝等。下圖是部分封裝實物。

由於51系列微控制器的核心都一樣，所以在51微控制器教材方面目前仍然沿用Intel MCS 8051微控制器的書籍。開發軟體和工具也是一樣，我們統稱為8051開發系統、環境、等等，如我們網站介紹的彙編程式ASM51、Keil C51、MedWin 等均是針對8051核心微控制器的開發軟體。

單對AT89C51、AT89S51來說，在實際電路中可以直接互換8051\8751，替換8031只是第31腳有區別，8031因內部沒有ROM，31腳需接地（GND），微控制器在啟動後就到外面程式儲存器讀取指令；而8051/8751/89c51因內部有程式儲存器，31腳接高電平（VCC），微控制器啟動後直接在內部讀取指令。也就是51晶片的31腳控制著微控制器程式從內部讀取還是從外部讀取，31腳接電源，程式從內部讀取，31腳接地，程式從外部讀取。其他無須改動。另外，AT89C51、AT89s51替換8031後因不用外儲存器，不必安裝原電路的外儲存器和373晶片。

6、89S51與89C51的區別

MCS-51微控制器是美國INTE公司於1980年推出的產品，典型產品有 8031（內部沒有程式儲存器，實際使用方面已經被市場淘汰）、8051（晶片採用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實際使用方面已經被市場淘汰）和8751等通用產品，一直到現在， MCS-51核心系列相容的微控制器仍是應用的主流產品（比如目前流行的89S51、89C51等），各高校及專業學校的培訓教材仍與MCS-51微控制器作為代表進行理論基礎學習。有些文獻甚至也將8051泛指MCS-51系列微控制器，8051是早期的最典型的代表作，MCS-51核心實際上已經成為一個8位微控制器的標準。

其他的公司的51微控制器產品都是和MCS-51核心相容的產品而以。同樣的一段程式，在各個微控制器廠家的硬體上執行的結果都是一樣的，如ATMEL的89C51（已經停產）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的已經停產的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51微控制器，同時是在原基礎上增強了許多特性，如時鐘，更優秀的是由Flash（程式儲存器的內容至少可以改寫1000次）儲存器取帶了原來的ROM（一次性寫入），AT89C51的效能相對於8051已經算是非常優越的了。

不過在市場化方面，89C51受到了PIC微控制器陣營的挑戰，89C51最致命的缺陷在於不支援ISP（線上更新程式）功能，必須加上ISP功能等新功能才能更好延續MCS-51的傳奇。89S51就是在這樣的背景下取代89C51的，現在，89S51目前已經成為了實際應用市場上新的寵兒，作為市場佔有率第一的Atmel目前公司已經停產AT89C51，將用AT89S51代替。89S51在工藝上進行了改進，89S51採用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89SXX可以像下相容89CXX等51系列晶片。同時，Atmel不再接受89CXX的定單，大家在市場上見到的89C51實際都是Atmel前期生產的巨量庫存而以。如果市場需要，Atmel當然也可以再恢復生產AT89C51。

7、89S51相對於89C51增加的新功能包括：

1）效能有了較大提升，價格基本不變，甚至比89C51更低！
2）ISP線上程式設計功能，這個功能的優勢在於改寫微控制器儲存器內的程式不需要把晶片從工作環境中剝離。是一個強大易用的功能。
3）最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。
4）具有雙工UART序列通道。
5）內部整合看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。
6）雙資料指示器。
7）電源關閉標識。
8）全新的加密演算法，這使得對於89S51的**變為不可能，程式的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護智慧財產權不被侵犯。
9） 相容性方面：向下完全相容51全部字系列產品。比如8051、89C51等等早期MCS-51相容產品。

和S51比起來，C51就要遜色一些，實際應用市場方面技術的進步是永遠向前的。

PIC系列微控制器

由美國Microchip公司推出的PIC微控制器系列產品，首先採用了RISC結構的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅動能力和低價位OTP技術等都體現出微控制器產業的新趨勢。

現在PIC系列微控制器在世界微控制器市場的份額排名中已逐年升位，尤其在8位微控制器市場，據稱已從1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC微控制器從覆蓋市場出發，已有三種(又稱三層次)系列多種型號的產品問世，所以在全球都可以看到PIC微控制器從電腦的外設、家電控制、電訊通訊、智慧儀器、汽車電子到金融電子各個領域的廣泛應用。現今的PIC微控制器已經是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。

① PIC 8位微控制器的分類

PIC 8位微控制器產品共有三個系列，即基本級、中級和高階。

a 基本級系列　該級產品的特點是低價位，如PIC16C5X，適用於各種對成本要求嚴格的家電產品選用。又如PIC12C5XX是世界第一個8腳的低價位微控制器，因其體積很小，完全可以應用在以前不能使用微控制器的家電產品的空間。

b 中級系列　該級產品是PIC最豐富的品種系列。它是在基本級產品上進行了改進，並保持了很高的相容性。外部結構也是多種的，從8引腳到68引腳的各種封裝，如PIC12C6XX。該級產品其效能很高，如內部帶有A/D變換器、E2PROM資料儲存器、比較器輸出、PWM輸出、I2C和SPI等介面。PIC中級系列產品適用於各種高、中和低檔的電子產品的設計中。

c 高階系列　該系列產品如PIC17CXX，其特點是速度快，所以適用於高速數字運算的應用場合中，加之它具備一個指令週期內(160ns)可以完成8×8(位)二進位制乘法運算能力，所以可取代某些DSP產品。再有PIC17CXX具有豐富的I/O控制功能，並可外接擴充套件EPROM和RAM，使它成為目前8位微控制器中效能最高的機種之一。所以很適用於高、中檔的電子裝置中使用。

上述的三層次(級)的PIC 8位微控制器還具有很高的程式碼相容性，使用者很容易將程式碼從某型號轉換到另一個型號中。PIC 8位微控制器具有指令少、執行速度快等優點，其主要原因是PIC系列微控制器在結構上與其它微控制器不同。該系列微控制器引入了原用於小型計算機的雙匯流排和兩級指令流水結構。這種結構與一般採用CISC(複雜指令集計算機)的微控制器在結構上是有不同的。

雙匯流排結構，具有CISC結構的微控制器均在同一儲存空間取指令和資料，片內只有一種匯流排。這種匯流排既要傳送指令又要傳送資料(如圖1－a所示)。因此，它不可能同時對程式儲存器和資料儲存器進行訪問。因與CPU直接相連的匯流排只有一種，要求資料和指令同時通過，顯然“亂套”，這正如一個“瓶頸”，瓶內的資料和指令要一起倒出來，往往就被瓶頸卡住了。所以具有這種結構的微控制器，只能先取出指令，再執行指令(在此過程中往往要取數)，然後，待這條指令執行完畢，再取出另一條指令，繼續執行下一條。這種結構通常稱為馮?諾依曼結構，又稱普林斯頓結構。
在這裡PIC系列微控制器採用了一種雙匯流排結構，即所謂哈佛結構。這種結構有兩種匯流排，即程式匯流排和資料匯流排。這兩種匯流排可以採用不同的字長，如PIC系列微控制器是八位機，所以其資料匯流排當然是八位。但低檔、中檔和高檔的PIC系列機分別有12位、14位和16位的指令匯流排。這樣，取指令時則經指令匯流排，取資料時則經資料匯流排，互不衝突。
兩級指令流水線結構

由於PIC系列微控制器採用了指令空間和資料空間分開的哈佛結構，用了兩種位數不同的匯流排。因此，取指令和取資料有可能同時交疊進行，所以在PIC系列微控制器中取指令和執行指令就採用指令流水線結構。當第一條指令被取出後，隨即進入執行階段，這時可能會從某暫存器取數而送至另一暫存器，或從一埠向暫存器傳送數等，但資料不會流經程式匯流排，而只是在資料匯流排中流動，因此，在這段時間內，程式匯流排有空，可以同時取出第二條指令。當第一條指令執行完畢，就可執行第二條指令，同時取出第3條指令，……如此等等。這樣，除了第一條指令的取出，其餘各條指令的執行和下一條指令的取出是同時進行的，使得在每個時鐘週期可以獲得最高效率。

在大多數微控制器中，取指令和指令執行都是順序進行的，但在PIC微控制器指令流水線結構中，取指令和執行指令在時間上是相互重疊的，所以PIC系列微控制器才可能實現單週期指令。

只有涉及到改變程式計數器PC值的程式分支指令(例如GOTO、CALL)等才需要兩個週期。

此外，PIC的結構特點還體現在暫存器組上，如暫存器I/O口、定時器和程式暫存器等都是採用了RAM結構形式，而且都只需要一個週期就可以完成訪問和操作。而其它微控制器常需要兩個或兩個以上的週期才能改變暫存器的內容。上述各項，就是PIC系列微控制器能做到指令總數少，且大都為單週期指令的重要原因。

AVR系列微控制器

AVR微控制器是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內建Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位微控制器。AVR的微控制器可以廣泛應用於計算機外部裝置、工業實時控制、儀器儀表、通訊裝置、家用電器等各個領域。

① AVR微控制器的優勢及特點

a :AVR微控制器易於入手、便於升級、費用低廉。 微控制器初學者只需一條ISP下載線，把編輯、除錯通過的軟體程式直接線上寫入AVR微控制器，即可以開發AVR微控制器系列中的各種封裝的器件。AVR微控制器因此在業界號稱“一線打天下”。 AVR程式寫入是直接在電路板上進行程式修改、燒錄等操作，這樣便於產品升級。AVR微控制器可使用ISP線上下載程式設計方式(即把PC機上編譯好的程式寫到微控制器的程式儲存器中)，不需購買模擬器、程式設計器、擦抹器和晶片介面卡等，即可進行所有AVR微控制器的開發應用，這可節省很多開發費用。程式儲存器擦寫可達10000次以上，不會產生報廢品。

b:高速、低耗、保密。首先，AVR微控制器是高速嵌入式微控制器： AVR微控制器具有預取指令功能，即在執行一條指令時，預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘週期內執行。多累加器型，資料處理速度快。AVR微控制器具有32個通用工作暫存器，相當於有32條立交橋，可以快速通行。中斷響應速度快。AVR微控制器有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷。AVR微控制器耗能低。對於典型功耗情況，WDT關閉時為100nA，更適用於電池供電的應用裝置。有的器件最低1.8 V即可工作。AVR微控制器保密效能好。它具有不可破解的位加密鎖Lock Bit技術，保密位單元深藏於晶片內部，無法用電子顯微鏡看到。

c: I/O口功能強,具有A/D轉換等電路。AVR微控制器的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實情況。工業級產品，具有大電流(灌電流)10mA～40mA,可直接驅動可控矽SSR或繼電器，節省了外圍驅動器件。AVR微控制器內帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉換，可組成廉價的A/D轉換器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。部分AVR微控制器可組成零外設元件微控制器系統，使該類微控制器無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。AVR微控制器可重設啟動復位,以提高微控制器工作的可靠性。有看門狗定時器實行安全保護,可防止程式走亂(飛),提高了產品的抗干擾能力。

d :有功能強大的定時器/計數器及通訊介面。定時/計數器T/C有8位和16位,可用作比較器。計數器外部中斷和PWM(也可用作D/A)用於控制輸出，某些型號的AVR微控制器有3～4個PWM，是作電機無級調速的理想器件。AVR微控制器有序列非同步通訊UART介面,不佔用定時器和SPI同步傳輸功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般標準整數頻率下,而波特率可達576K。

② AVR 8-Bit MCU的最大特點，與其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特點是：哈佛結構，具備1MIPS / MHz的高速執行處理能力；超功能精簡指令集（RISC），具有32個通用工作暫存器，克服瞭如8051 MCU採用單一ACC進行處理造成的瓶頸現象； 快速的存取暫存器組、單週期指令系統，大大優化了目的碼的大小、執行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用於使用高階語言進行開發； 作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA（單一輸出），作輸入時可設定為三態高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10mA-20mA灌電流的能力； 片內整合多種頻率的RC振盪器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統更加穩定可靠； 大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷燬應用程式。

二、16-BIT 微控制器

16 位微控制器是在1983 年以後發展起來的。這類微控制器的特點是：CPU是16 位的，運算速度普遍高於8 位機，有的微控制器的定址能力高達1MB，片內含有A/D 和D/A轉換電路，支援高階語言。這類微控制器主要用於過程控制、智慧儀表、家用電器以及作為計算機外部裝置的控制器等。典型產品有Intel 公司的MCS-96/98 系列、Motorola 公司的M68HC16系列、NS 公司的783××系列、TI公司的MSP430系列等等。

其中，以MSP430系列最為突出。它採用了精簡指令集（ RISC ）結構，具有豐富的定址方式（ 7 種源運算元定址、4 種目的運算元定址）、簡潔的 27 條核心指令以及大量的模擬指令；大量的暫存器以及片內資料儲存器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅動下指令週期為 125 ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程式。

在運算速度方面， MSP430 系列微控制器能在 8MHz 晶體的驅動下，實現 125ns 的指令週期。 16 位的資料寬度、125ns 的指令週期以及多功能的硬體乘法器（能實現乘加）相配合，能實現數字訊號處理的某些演算法（如 FFT 等）。

MSP430 系列微控制器的中斷源較多，並且可以任意巢狀，使用時靈活方便。當系統處於省電的備用狀態時，用中斷請求將它喚醒只用 6us 。
超低功耗 MSP430 微控制器之所以有超低的功耗，是因為其在降低晶片的電源電壓及靈活而可控的執行時鐘方面都有其獨到之處。
首先， MSP430 系列微控制器的電源電壓採用的是 1.8~3.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時鐘條件下執行時， 晶片的電流會在 200~400uA 左右，時鐘關斷模式的最低功耗只有 0.1uA 。

其次，獨特的時鐘系統設計。在 MSP430 系列中有兩個不同的系統時鐘系統：基本時鐘系統和鎖頻環（ FLL 和FLL+ ）時鐘系統或 DCO 數字振盪器時鐘系統。有的使用一個晶體振盪器（ 32768Hz ） , 有的使用兩個晶體振盪器）。由系統時鐘系統產生 CPU 和各功能所需的時鐘。並且這些時鐘可以在指令的控制下，開啟和關閉，從而實現對總體功耗的控制。
由於系統執行時開啟的功能模組不同，即採用不同的工作模式，晶片的功耗有著顯著的不同。在系統中共有一種活動模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節電方式下，最低可達 0.1uA。

系統工作穩定 上電覆位後，首先由 DCOCLK 啟動 CPU ，以保證程式從正確的位置開始執行，保證晶體振盪器有足夠的起振及穩定時間。然後軟體可設定適當的暫存器的控制位來確定最後的系統時鐘頻率。如果晶體振盪器在用做 CPU時鐘 MCLK 時發生故障， DCO 會自動啟動，以保證系統正常工作；如果程式跑飛，可用看門狗將其復位。

豐富的片上外圍模組 MSP430 系列微控制器的各成員都集成了較豐富的片內外設。它們分別是看門狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時器 A （ Timer_A ）、定時器 B （ Timer_B ）、串列埠 0 、 1 （ USART0 、 1 ）、硬體乘法器、液晶驅動器、 10 位 /12 位 ADC 、 I 2 C 匯流排直接資料存取（ DMA ）、埠 O （ P0 ）、埠 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時器（ Basic Timer ）等的一些外圍模組的不同組合。其中，看門狗可以使程式失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出 A/D 轉換器； 16 位定時器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較暫存器，可用於事件計數、時序發生、 PWM 等；有的器件更具有可實現非同步、同步及多址訪問序列通訊介面可方便的實現多機通訊等應用；具有較多的 I/O 埠，最多達 6*8 條 I/O 口線； P0 、 P1 、 P2 埠能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬體 A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿足大多數資料採集應用；能直接驅動液晶多達 160 段；實現兩路的 12 位 D/A 轉換；硬體 I 2 C 序列匯流排介面實現儲存器序列擴充套件；以及為了增加資料傳輸速度，而採用直接資料傳輸（ DMA ）模組。 MSP430 系列微控制器的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便。
方便高效的開發環境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發手段不同。對於 OPT 型和 ROM 型的器件是使用模擬器開發成功之後在燒寫或掩膜晶片；對於 FLASH 型則有十分方便的開發除錯環境，因為器件片內有 JTAG 除錯介面，還有可電擦寫的 FLASH 儲存器，因此採用先下載程式到 FLASH 內，再在器件內通過軟體控制程式的執行，由 JTAG 介面讀取片內資訊供設計者除錯使用的方法進行開發。這種方式只需要一臺 PC機和一個 JTAG 偵錯程式，而不需要模擬器和程式設計器。開發語言有組合語言和 C 語言。MSP430 微控制器目前主要以 FLASH 型為主。

三、32-BIT 微控制器

32 位微控制器的字長為32 位，是微控制器的頂級產品，具有極高的運算速度。近年來，隨著家用電子系統的新發展，32 位微控制器的市場前景看好。

繼16 位微控制器出現後不久，幾大公司先後推出了代表當前最高效能和技術水平的32 位單片微機系列。32 位微控制器具有極高的整合度，內部採用新穎的RISC（精簡指令系統計算機）結構，CPU 可與其他微控制器相容，主頻頻率可達33MHz 以上，指令系統進一步優化，運算速度可動態改變，設有高階語言編譯器，具有效能強大的中斷控制系統、定時/事件控制系統、同步/非同步通訊控制系統。代表產品有Intel 公司的MCS-80960 系列、Motorola 公司的M68300 系列、Hitachi 公司的Super H(簡稱SH)系列等等。

這類微控制器主要應用於汽車、航空航天、高階機器人、軍事裝備等方面。它代表著51、PIC、AVR、16、32-BIT系列微控制器區別與特點
單片機發展中的高、新技術水平。

ARM在32位MCU中的主流地位是毫無疑問的。ARM公司於1991年成立於英國劍橋，主要出售晶片設計技術的授權。目前，採用ARM技術智慧財產（IP）核心的處理器，即我們通常所說的ARM處理器，已遍及工業控制、消費類電子產品、通訊系統、網路系統、無線系統等各類產品市場，基於ARM技術的處理器應用約佔據了32位RISC微處理器75％以上的市場，ARM技術不止逐步滲入到我們生活的各個方面，我們甚至可以說，ARM於人類的生活環境中，已經是不可或缺的一環。　

目前市面上常見的ARM處理器架構，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進行開發驗證，市面上還未有相關產品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構的廠商。

ARM首個多核心架構為ARM11 MPCore，架構於原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是釋出於2002年10月份，為了進一步提升效能，其管線長度擴充套件到8階，處理單元則增加為預取、譯碼、傳送、轉換　／MAC1、執行／MAC2、記憶體存取／MAC3和寫入等八個單元，體系上屬於ARM V6指令集架構。ARM11採用當時最先進的0.13μm製造製程，執行頻率最高可達500到700MHz。如果採用90nm製程，ARM11核心的工作頻率能夠輕鬆達到1GHz以上—對於嵌入式處理器來說，這顯然是個相當驚人的程度，不過顯然1GHz在ARM11體系中不算是個均衡的設定，因此幾乎沒有廠商推出達到1GHz的ARM11架構處理器。　

ARM11的邏輯核心也經過大量的改進，其中最重要的當屬“靜/動態組合轉換的預測功能”。ARM11的執行單元包含一個64位、4種狀態的地址轉換緩衝，它主要用來儲存最近使用過的轉換地址。當採用動態轉換預測機制而無法在定址緩衝內找到正確的地址時，靜態轉換預測功能就會立刻接替它的位置。在實際測試中，單純採用動態預測的準確率為88％，單純採用靜態預測機制的準確率　只有77％，而ARM11的靜/動態預測組合機制可實現92％的高準確率。針對高時脈速度帶來功耗增加的問題，ARM11採用一項名為“IEM　（Intelligent Energy Manager）”的智慧電源管理技術，該技術可根據任務負荷情況動態調節處理器的電壓，進而有效降低自身的功耗。這一系列改進讓ARM11的功耗效能比得以繼續提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達到660 Dhrystone MIPS，遠超過上一代產品。