目录
1. IC(Integrated Circuit,集成电路)
2. ASIC(Application-Specific Integrated Circuit,专用集成电路)
3. CPU(Central Processing Unit,中央处理器)
4. MPU(Microprocessor Unit,微处理器单元)
5. MCU(Microcontroller Unit,微控制器单元)
6. SoC(System on Chip,片上系统)
7. SoPC(System on Programmable Chip,可编程片上系统)
8. GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)
9. DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)
1. IC(Integrated Circuit,集成电路)
将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在一块半导体基板上形成的微型电路。所有芯片的统称,包括模拟IC、数字IC、混合信号IC等。
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应用:从简单的逻辑门芯片(如74系列)到复杂的处理器(如CPU)都属于IC。
2. ASIC(Application-Specific Integrated Circuit,专用集成电路)
指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。 目前用CPLD(复杂可编程逻辑器件)和 FPGA(现场可编程逻辑阵列)来进行ASIC设计是最为流行的方式之一,它们的共性是都具有用户现场可编程特性,都支持边界扫描技术,但两者在集成度、速度以及编程方式上具有各自的特点。ASIC是对特定算法定制的芯片,所以效率是最高的,但是一旦算法改变,芯片就无法使用。
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应用:比特币矿机、手机基带芯片、汽车ECU。
3. CPU(Central Processing Unit,中央处理器)
CPU是Central Processing Unit的缩写,计算机的运算控制核心就是CPU,主要负责执行指令和处理数据。
CPU有运算器、控制器和寄存器以及实现它们之间练习的数据控制及状态的总线构成。
运作原理可分为四个阶段:提取、解码、执行和写回。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,并执行指令。
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应用:PC、服务器、高性能计算设备(如Intel Core、AMD Ryzen)。
4. MPU(Microprocessor Unit,微处理器单元)
广义上与CPU类似,但更强调嵌入式场景的高集成度,通常代表一个功能强大的CPU,类似理解为增强版本的CPU,支持更多外设接口(如GPIO、UART),不再是单单为任何已有的特定计算目的而设计的芯片,不过仍需要外部组件(如内存、Flash)配合。
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应用:工业控制、嵌入式Linux系统(如ARM Cortex-A系列)。
5. MCU(Microcontroller Unit,微控制器单元)
MCU(Micro Control Unit),叫微控制器,是指随着大规模集成电路的出现及其发展,把中央处理器、存储器、定时/计数器(timer/counter)、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机,形成芯片级的芯片。
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应用:家电、传感器、简单控制(如STM32、Arduino的AVR)。
这里注意MCU和MPU的区别:
- MPU只是一个处理器,需要搭配内存等非常多的其他外设才可以构成一个系统。
- MCU内部有处理器、内存、Flash及其他模块,仅仅需要搭配少量外设就可以构成一个系统。
二者最大的区别就是能否直接运行代码,例如MCU当中如51、avr这些芯片,内部除了CPU外,还有RAM,ROM,可以直接加简单的外围器件(如电容,电阻),就可以运行代码了,但是MPU如x86、arm这些就不能直接放代码了,它不过是增强型的CPU,需要添加ROM和RAM这些:
6. SoC(System on Chip,片上系统)
SoC是片上系统,MCU只是芯片级的芯片,而SoC是系统级的芯片,它既MCU那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大,不单单是放简单的代码,可以放系统级的代码,也就是说可以运行操作系统(以Linux OS为主)(将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一)。
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应用:智能手机、平板、物联网(如高通骁龙、苹果A系列)。
7. SoPC(System on Programmable Chip,可编程片上系统)
SoPC与MCU、MPU、SoC最明显的区别在于:可更改硬件配置,也就是说自己构造芯片。
举个例子说明便于理解,单片机的硬件配置是固化好了的, 我们能够编程修改的就是软件配置,本来是串口通信功能,通过修改代码变成AD采样功能,也就是说硬件配置是固定了的,我们只能通过修改软件来选择其中的一项或多项功能;而SoPC可以修改硬件配置信息使其成为相应的芯片,可以是MCU,也可以是SoC。
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应用:通信设备、原型验证(如Xilinx Zynq、Intel Cyclone V)。
8. GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)
又称显卡,GPU和CPU的工作流程和物理结构大致是类似的,相比于CPU而言,GPU的工作更为单一。在大多数的个人计算机中,GPU仅仅是用来绘制图像的。如果CPU想画一个二维图形,只需要发个指令给GPU,GPU就可以迅速计算出该图形的所有像素,并且在显示器上指定位置画出相应的图形。由于GPU会产生大量的热量,所以通常显卡上都会有独立的散热装置。
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应用:NVIDIA RTX 4090、AMD Radeon。
9. DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)
DSP 芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。 DSP芯片是一种快速强大的微处理器,独特之处在于它能即时处理资料。 DSP 芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。
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应用:音频编解码、雷达信号处理(如TI的TMS320系列)。
类型 | 关键特性 | 可编程性 | 典型应用场景 |
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IC | 所有芯片的统称 | 无 | 所有电子设备 |
ASIC | 定制化设计,高性能低功耗 | 不可编程 | 专用场景(如矿机) |
SoC | 多模块集成(CPU+GPU+NPU) | 部分可配置 | 智能手机、物联网 |
MPU | 需外接内存的通用处理器 | 软件编程 | 嵌入式Linux设备 |
MCU | 单芯片集成CPU+内存+外设 | 软件编程 | 实时控制(如电机驱动) |
CPU | 通用逻辑运算核心 | 软件编程 | PC、服务器 |
GPU | 并行计算,擅长图形/矩阵运算 | 软件编程(CUDA等) | 游戏、AI训练 |
DSP | 硬件加速信号处理(如FFT) | 软件编程 | 音频、通信信号处理 |
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