1 CPU

CPU(Central Processing Unit)，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成。主要功能是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的可編程性主要是指對(duì)中央處理器的編程。

1970年代以前，中央處理器由多個(gè)獨(dú)立單元構(gòu)成，后來發(fā)展出由集成電路制造的中央處理器，這些高度收縮的組件就是所謂的微處理器，其中分出的中央處理器最為復(fù)雜的電路可以做成單一微小功能強(qiáng)大的單元，也就是所謂的核心。

差不多所有的CPU的運(yùn)作原理可分為四個(gè)階段：提取(Fetch)、解碼(Decode)、執(zhí)行(Execute)和寫回(Writeback)。 CPU從存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器中取出指令，放入指令寄存器，并對(duì)指令譯碼，并執(zhí)行指令。所謂的計(jì)算機(jī)的可編程性主要是指對(duì)CPU的編程。

2 MPU

MPU (Micro Processor Unit)，叫微處理器，是可編程特殊集成電路。MPU只是一個(gè)處理器，需要搭配內(nèi)存等非常多的其他外設(shè)才可以構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。MCU內(nèi)部有處理器、內(nèi)存、Flash及其他模塊，僅僅需要搭配少量外設(shè)就可以構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。

在上世紀(jì)80年代非常流行，那時(shí)的微型計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)都是使用MPU。比如Motorola公司的68000芯片就是一款主流的微處理器(MPU)。下圖是一款A(yù)lpha Micro AM-1000系列的微型計(jì)算機(jī)電路板，電路板右側(cè)中間最大的芯片就是MPU 68000。

后來MPU逐漸式微，可以認(rèn)為MPU發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在只剩下了intel、AMD公司x86系列CPU。這類CPU也越來越復(fù)雜，稱之為“微處理器”似乎不恰當(dāng)了。在個(gè)人電腦領(lǐng)域，可以看到類似下圖的主板。主板上插上CPU、內(nèi)存條、聲卡等等就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。整個(gè)主板體積龐大、制造復(fù)雜。

3 MCU

MCU(Micro Control Unit)，叫微控制器，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（timer/counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，形成芯片級(jí)的芯片。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲(chǔ)量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。

MCU的發(fā)展經(jīng)歷過8位8051單片機(jī)、16位AVR單片機(jī)、32位STM單片機(jī)。

MCU內(nèi)部集成了處理器和各類模塊，比如USB控制器、UART控制器、內(nèi)存、Flash等等。只需要外接少量的器件，就可以搭建一個(gè)電子系統(tǒng)。

4 SoC

單片系統(tǒng)或片上系統(tǒng)（英語：System on a Chip，縮寫：SoC）是一個(gè)將電腦或其他電子系統(tǒng)集成到單一芯片的集成電路。單片系統(tǒng)可以處理數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、混合信號(hào)甚至更高頻率的信號(hào)。單片系統(tǒng)常常應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。單片系統(tǒng)的集成規(guī)模很大，一般達(dá)到幾百萬門到幾千萬門。

SoC可以基于 MCU或 MPU，并將提供執(zhí)行某些類型的應(yīng)用程序所需的一切。例如，對(duì)于圖像處理，SoC可能具有 MPU、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)和/或圖形處理單元 (GPU)的組合，用于執(zhí)行快速算法計(jì)算，以及用于驅(qū)動(dòng)顯示器和 HDMI或其他音頻/視頻輸入/輸出技術(shù)。SoC可在單個(gè)微型 IC上實(shí)現(xiàn)整個(gè)芯片系統(tǒng)。

5 MPU與MCU的區(qū)別

微控制器 (MCU)往往比微處理器 (MPU)更便宜、設(shè)置更簡單、操作更簡單。MCU可以被視為單芯片計(jì)算機(jī)，集成了ROM、RAM等在芯片內(nèi)部，而 MPU則具有支持各種功能（如內(nèi)存、接口和 I/O）的外圍芯片，可任意更換不同廠商的同種類型外設(shè)。微控制器和微處理器之間的一個(gè)重要區(qū)別是微處理器通常會(huì)運(yùn)行操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)允許多個(gè)進(jìn)程通過多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行。需要驅(qū)動(dòng)程序來支持外圍設(shè)備。

MCU將運(yùn)行“裸機(jī)接口”，這意味著沒有操作系統(tǒng)。沒有操作系統(tǒng)，MCU一次只能運(yùn)行一個(gè)控制回路。從軟件的角度來看，這意味著單個(gè)線程在微控制器的處理器或中央處理單元 (CPU)上運(yùn)行。

MCU僅具有與外部世界交互的基本選項(xiàng)。MCU可能有 I2C、SPI、UART（串行），有時(shí)還有低級(jí) USB連接。這些基本接口通常僅用于對(duì) MCU進(jìn)行編程。MCU的目的是永遠(yuǎn)運(yùn)行一個(gè)相當(dāng)簡單的控制循環(huán)，或者直到它中斷或以其他方式停止。MCU往往比 MPU便宜。MCU并非不可能進(jìn)行無線通信，但請(qǐng)記住，MCU一次只能運(yùn)行一個(gè)線程。要得到服務(wù)，任何其他輸入或進(jìn)程都必須等待單線程或控制循環(huán)先完成它正在執(zhí)行的操作。除了 I2C、SPI或 UART等基礎(chǔ)接口外，微處理器往往還有許多接口。MPU也可能有更復(fù)雜的接口，如以太網(wǎng)、藍(lán)牙、WiFi、閃存等。

越來越難判斷一個(gè)設(shè)備是 MCU還是 MPU，因?yàn)槿缃?MCU可以做很多事情，包括更復(fù)雜的外圍設(shè)備。MCU和 MPU之間的區(qū)別變得不那么明顯，因?yàn)楝F(xiàn)在一些 MCU帶有用于更復(fù)雜外設(shè)的簡單軟件驅(qū)動(dòng)程序，并且可以找到更多具有片上集成外設(shè)的 MPU。