一、CPU

CPU(中央处理器)是计算机的运算控制核心,由运算器(算术逻辑单元ALU)、控制器和寄存器及相应的总线构成。众所周知的三级流水线:取址、 译码、执行的对象就是CPU,CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令,放入指令寄存器,并对指令译码,然后执行指令。

二、MCU

MCU(微控制器)是一种将处理器核心(传统意义上的电脑cpu)、RAM、ROM、定时器和输入输出接口等功能集成在单个芯片上的微型计算机。MCU 不需要外挂内存或其他外设,可以直接构建最小系统并执行程序。它主要用于控制任务,不需要强大的运算能力,适合执行简单的控制和响应任务。当MCU微控制器芯片与其他外围电路连接时,就构成了一个完整的单片机系统。

(1)功能:执行控制相关任务,通常用于较简单的应用,如传感器数据采集、设备控制等。
(2)典型用途:家电控制、汽车电子、工业自动化、物联网设备等。

三、MPU

MPU(微处理器)相对于MCU(微控制器)来说,具有更强大的计算能力,但不像MCU那样集成很多外围硬件功能。MPU通常不包含内存和复杂外设,本质上它就是cpu(电脑计算核心)的增强版,相对于传统电脑的cpu(计算核心)体积更小,通用功能会多一点点,所以它需要外挂内存(如DDR RAM、Flash等)和其他外设来支持其高计算能力,通常用于更复杂的应用,如运行操作系统、大型程序和多任务处理。因此通常情况下,为了支持更复杂的内存管理、操作系统和多任务处理,MPU 配备 MMU(将虚拟地址映射到物理地址,支持操作系统(如 Linux)中的内存管理和进程隔离,从而让多个应用程序可以共享系统资源而互不干扰) ,而 MCU 主要关注控制任务,不需要那么复杂的内存管理机制。所以MPU 和 MCU 可以通过是否包含 MMU 来作为区分的一项重要标准,但这个区分只是其中的一部分,不能完全代表二者的所有区别。

(1)功能:执行复杂的计算任务,通常支持大型操作系统,如 Linux。
(2)典型用途:应用于个人计算机、高端嵌入式设备、移动设备等。

四、SOC*

SOC片上系统是将 MCU 和 MPU 的功能结合在一起的集成电路,可以认为是将MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一,它既MCU那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大。SOC 不仅包括 CPU、RAM 和 ROM,还集成了多种外设,并具备强大的处理能力。它能够运行操作系统,因此适用于更复杂的应用。SOC 是系统级的芯片,能够提供较高的计算能力和灵活性。进一步来说,SOC(System on Chip)是将整个系统的所有主要功能(包括 CPU、内存、外设控制等)集成到一块单芯片上的集成电路。它将计算、通信、存储等功能全部集成在一起,减少了传统计算机系统中分立组件之间的连接和复杂度。

(1)功能:具备计算能力的同时,还集成了许多外设和功能模块,适合复杂系统的设计。
(2)典型用途:
智能手机:大多数智能手机的处理器就是一个 SOC,例如 Qualcomm Snapdragon、Apple A 系列、Samsung Exynos 等,这些芯片集成了计算、图形处理、网络通信、音视频处理等多项功能。
嵌入式系统:许多物联网设备、智能家居、汽车电子、工业控制等领域也广泛使用 SOC 来实现高效、低功耗的功能。
平板电脑、智能电视、智能穿戴设备 等也常采用 SOC 进行集成。

哈尔滨理工大学 计算机科学与技术学院 计算机科学与技术专业 本科生
最后更新于 2025-01-12