CPU--MPU--MCU--SOC

比較

CPU

• 全稱：Central Processing Unit (中央處理器)。
• 定位：計算機的運算核心和控制核心。
• 組成：由運算器、控制器和暫存器，以及實現它們之間聯絡的資料、控制及狀態的匯流排構成。
• 功能：解釋計算機指令，以及處理計算機軟體中的資料。
• 運作原理：分為四個階段。
  1. 提取 (Fetch)
  2. 解碼 (Decode)
  3. 執行 (Execute)
  4. 寫回 (Writeback)
• 發展歷程：1970 年代以前由多個獨立單元構成，後來發展出由積體電路製造的微處理器，最複雜的電路做成單一核心。

MPU

• 全稱：Micro Processor Unit (微處理器)。
• 特點：
  • 可程式化特殊積體電路，只是一個處理器。
  • 需要搭配記憶體等非常多的其他外設，才可以構成一個系統。
  • 通常會執行作業系統，允許多個程序通過多個執行緒同時執行，需要驅動程式來支援外圍裝置。
  • 擁有較複雜的介面。
    • 如：乙太網、藍芽、WiFi、快閃記憶體等。
• 發展歷程：1980 年代非常流行，用於微型計算機與遊戲機。
  • 如：Motorola 公司的 68000 晶片。
• 現況：逐漸式微，目前主要剩下 Intel、AMD 公司的 x86 系列 CPU。

MCU

• 全稱：Micro Controller Unit (微控制器)。
• 定位：將中央處理器、記憶體、定時／計數器、各種輸入輸出介面等整合在一塊晶片上的微型計算機。
• 特點：
  • 強調自供應 (不用外接硬體) 和節約成本。
  • 最大優點是體積小，可放在儀表內部。
  • 儲存量小，輸入輸出介面簡單，功能較低。
  • 執行裸機介面 (無作業系統)，一次只能執行一個控制迴路 (單執行緒)，其他輸入必須等待當前操作完成。
  • 介面基本且簡單，通常僅用於對 MCU 進行程式設計。
    • 如：I2C、SPI、UART、低階 USB。
• 發展歷程：經歷 8 位元 8051、16 位元 AVR、32 位元 STM 微控制器的發展。
• 近期趨勢：MCU 與 MPU 界線逐漸模糊，部分 MCU 已具備複雜外圍裝置與簡單軟體驅動程式。

SoC

• 全稱：System on a Chip (單片系統／片上系統)。
• 定位：將電腦或其他電子系統整合到單一晶片的積體電路。
• 特點：
  • 常應用於嵌入式系統。
  • 整合規模很大，達到幾百萬門到幾千萬門。
  • 可以處理數位訊號、模擬訊號、混合訊號甚至更高頻率的訊號。
  • 可基於 MCU 或 MPU，並提供應用程式所需的一切。
    • 如：結合 MPU、數位訊號處理器 (DSP)、圖形處理單元 (GPU) 來執行影像處理與驅動顯示器。