微控制器MCU与微处理器MPU

来源： 深圳市泓彩科技有限公司 日期：2020-12-09 14:38:32 点击： 属于：行业资讯

微处理器（MPU）与微控制器（MCU）是截然不同的两种设备，微控制器完成 “控制”相关的任务，根据外界信号刺激产生反应，微处理器主要执行处理功能，对数据处理和计算能力的要求较高。但如今由于内存架构的变化，MCU 和 MPU 之间的区别变得越来越模糊。

MPU的全称叫Micro Processor Unit
MCU的全称是Mirco Controller Unit

计算芯片分为两个截然不同的市场，大部分芯片设备主要针对主流计算，性能是最主要的考虑因素，这些单片微型计算机被称之为 “微处理器”，为个人计算机和更大的系统提供动力。

嵌入式计算机也倾向于在有特殊 I/O 需求的环境中使用，一些可能是在驱动电动机，另一些可能是在处理声音或读取传感器。将专用外围设备接口硬件集成到同 CPU 和内存相同的芯片上十分有效，这会产生具有不同特性的各种芯片。

总的来说，CPU 与 SRAM、非易失性存储器和专用外设集成在一起的被称之为 “微控制器”。

微处理器发展至今已经多达 64 位，而微控制器依然是 8 位居多，但在这中间发生了一些变化，使得两者之间的区别更加模糊。

由于主要完成“控制”相关的任务，所以被称为Controller。也就是根据外界的信号（刺激），产生一些响应，做一点简单的人机界面。对于这种需求，通过不需要芯片主频太高。早期8051系列主频不过10几MHz，还是12个周期执行一条指令。经过多年的“魔改”也最终达到了100MHz。其次就是处理能力不用太强，8位的MCU长期是微控制器的主流。后来16位的MCU逐步开始占领市场。而随着ARM的32位MCU的出现，采用ARM的M系列的MCU也开始逐步扩大市场。以ST、NXP公司的产品为主要代表。但是这些ARM系列MCU的主频一般也是在几十MHz到100多MHz的量级。其次由于执行的“控制相关”任务，通常不需要支持复杂的图形界面和处理能力。在MCU上完成的任务大多数是一些简单的刺激-响应式的任务，而且任务类型单一，任务执行过程简单。在这种情况下一般不需要MCU去执行功能复杂、运算量大的程序，而通常不需要运行大型操作系统来支持复杂的多任务管理。这就造成了MCU一般对于存储器的容量要求比较低。

而Processor，顾名思义是处理器。处理器就是能够执行“处理”功能的器件。其实具备Processor这个单词的器件不少。比如CPU就被称为“中央处理器”，那既然有“中央”就应该有“外围”。GPU在经典的桌面计算机中就是一个典型的“外围”处理器，主要负责图形图像处理，由于图形图像显示。当然，今天由于AI的崛起，GPU变身成为了人工智能的训练神器。带“P”的还有DSP，数字信号处理器，一种专门为了数字信号处理而生的“领域专用处理器”。所以这些带P的处理器，都是要具备“处理”能力的。“处理”什么？自然是处理数据/信息了。也就是说处理器本身都需要较为强大的数据处理/计算能力。以GPU为例，正是由于它强大的并行浮点运算能力才能支持高速的TFT LCD液晶显示屏应用，使音视频播放、多媒体技术成为可能。同样由于这样的处理能力使之在AI时代来临之时发挥巨大作用。

集成式闪存是 MCU 的重要特征，不过这类闪存尚未在拥有最先进节点的微控制器上使用，因此许多以微控制器形式销售的设备都使用外部闪存而不是嵌入式闪存，此外还使用外部 DRAM。

实际上，一个称之为 “shadowing”的过程可以从外部闪存中获取代码，并将其复制到 DRAM 中，然后从中执行代码，而且为了提高性能，缓存也可以包括在内。这使得 CPU / 内存子系统与 MPU 几乎没有区别。

那么现在的 MCU 就是 MPU 吗？不再有区别了吗？

如今的 MCU 和 MPU 十分相似，但依然在很多方面有一些细微的区别，这包括 CPU 功能、位数、操作系统、时序要求、核心数量等方面。

在 CPU 功能方面，如果 CPU 具有复杂的流水线，具有预测执行和其他超标量功能，则可以将其视为 MPU，但是转变的确切位置并没有明确界定。

在位数上，8 位设备更有可能被视为 MCU，64 位设备很可能被视为 MPU。不过最早的却是 MPU 是 4 位，这更像是历史问题，而不是决定性的特征。

也可以根据计算机可运行的操作系统进行分类，如果它运行 Linux，则可以将其称为 MPU。如果它仅允许较小的实时操作系统，甚至只运行裸机，则可以将其称为 MCU，这为能够运行的 Linux 的设备留出了许多中间地带。在时序方面，MCU 通常用于需要硬或软实时响应的应用程序，MPU 通常不能用于这一目的。

一般也将多核处理器视为 MPU，尤其是在内核相同且管理对称的情况下。不过专用设备可能具有多个处理器，有些专用于诸如数字信号之类特定任务的处理器也会被认为是 MCU，因此通过核心数目判断是 MPU 还是 MCU 并不是一个准确的依据。

从使用目的来看，可以认为通用设备是 MPU，单用途设备是 MCU，但这实际上只关乎设备的使用方式，如果在不明确使用目的的情况下使用任何设备，那时候如何称呼这一设备呢？

通常全功能 MPU 不会具有专用外围设备，这在很大程度上是因为它们是通用的，而不是面向特定应用，因此你可能会认为只要有这样的外围设备，就是 MCU，但是事实并非如此，缺少外围设备也并不意味着就是 MPU。

MCU 与嵌入式系统相关联。在嵌入式系统中，低成本和低功耗的要求比性能更为重要。但是随着移动计算和 IoT 边缘计算的出现，许多嵌入式系统现在需要复杂的处理，这样就产生了面向嵌入式领域看起来更像 MPU 的 MCU 产品，为带有外部存储器和高速缓存的器件提供了更高的性能和可配置性。这种情况下，术语 MCU 和 MPU 之间的差异仅取决于是否集成 CPU 系统。

从上面的分析来看，每个特征因素都会存在缺陷，结果无法令人满意，只能根据自身要求来选择。

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