1.2 微处理器、微计算机、微处理器系统、片上系统

1.2.1 微处理器MPU

微处理器就是把原来体积庞大的中央处理器CPU的复杂电路，包括运算器和控制器做在一片大规模集成电路的半导体芯片上。我们把这种微缩的CPU大规模集成电路LSI（Large Scale Integration）称为微处理器（Microprocessor），简称MP，或μp，或CPU。其职能是执行算术、逻辑运算和控制整个计算机自动地、协调地完成操作。通常，这种微缩的CPU的芯片尺寸只有十几至几十平方毫米。MP是计算机发展的第四代产品。

1.2.2 微计算机MC

仅是一块MP芯片不可能具有一台完整的计算机的功能，它只是计算机中核心的运算器和控制器，必须搭配其他芯片，如随机存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、输入和输出接口电路I/O（Input/Output），以及其他辅助电路，如时钟发生器、各类译码器、缓冲器等。这些芯片通过一定的联系方式，围绕CPU才能构成一台微计算机。因此，所谓微计算机，就是以微处理器为核心，配上大规模集成电路的随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口I/O及相应的辅助电路而构成的微型化的计算机主机装置，简称MC或μC。这些大规模集成电路芯片被组装在一块印制板（PCB）上，即微计算机主板（或母板）。

有的生产厂家把CPU、存储器和输入/输出接口电路集成制作在单块芯片上，使其具有完整的计算机功能，我们称这种大规模集成电路芯片为单片微型计算机或单片机。

在微计算机主机上配上各种外设和各种软件，就构成微计算机系统，也简称微机系统。

1.2.3 微处理器系统MPS

微计算机有它独自的特点，不再像小型机和大型机那样，完全由计算机生产厂家设计组装成通用计算机系统，提供给用户使用。微计算机由大规模集成电路芯片构成，因此用户完全可以根据自己的用途，选购某种微处理器为核心，并选购相应数量的与之相配的系列大规模集成电路，自行设计、装配成满足需求的特殊微计算机装置；用户也可以在选购生产厂家生产的微机主板后，再根据其提供的扩展总线槽，自行设计需要的部分，以构成某种专门用途的系统。我们称这种以微处理器为核心构成的专用系统为微处理器系统（Micro-Processing System），简称MPS或μPS。微处理器系统和外部世界的联系更广泛，在组成结构的规模上更具灵活性。典型的MPS的结构如图1-3所示。

图1-3 典型的微处理器系统框图

这里，必须提及一下，微计算机系统和微处理器系统在人们使用的概念上有其共同之处，都是以CPU为核心组建的。但是，在提到微计算机系统时，人们常常会以其通用性，而自然与它的配置齐全联系起来，这是一种市场购置和它独立存在使用的概念。而微处理器系统则是以其专用性和具备功能的“量体裁衣”概念相联系的，是行业专用、自行设计的嵌入式概念，是各行业实现数字化、智能化的核心。例如，各种家用电器的控制系统，各种智能仪器的控制系统，测控系统、通信设备、程控交换设备中的智能管理、功能控制系统，机电一体化设备中的数控系统等，这些都是一些微处理器系统。显然，在现今信息化、自动化时代，MPS是一种应用更广泛也是一种更广义的称呼。要把配置齐全的微计算机系统称为通用的微处理器系统，自然也不为过。

1.2.4 片上系统SoC

前面所述的微计算机和微处理器系统都是将系统组成的各芯片焊接在印制板（PCB）上，通过板上印制连线将它们连接起来。但是，当系统要求速度增加，功耗降低，体积小时，这种印制连线的延时、噪声、体积将不能满足系统性能的要求。在这种需求的牵引和当今半导体集成度提高的推动下，就出现了系统级芯片SoC（System on Chip，片上系统）。

所谓片上系统SoC，就是将一个具有专门系统功能的组成部件嵌入集成在一块芯片上，包括CPU、存储器、需要的I/O接口，适应特殊需要的（如数字信号处理器DSP、数/模混合电路等）硬件部件，加上系统软件、用户软件等软核部件，构成更微小型的微处理器系统。这种片上系统又称为嵌入式系统，通常是客户定制的CSIC（Customer Specific Integrated Circuit），或是面向特定用途的标准产品ASSP（Application Specific Standard Product），适用于嵌入到应用对象系统中，构成更大规模的系统。SoC的特点是速度快，集成度高，功耗低、体积小、专用性强，软、硬部件均可“量体裁衣”，使系统成本降低，加快了嵌入的宿主系统更新换代的速度。这些优点正好适应了各类通信产品、移动电话、掌上电脑、消费类电子产品的数字音频播放器、数字机顶盒、游戏机、数码相机、商用POS/ATM机、汽车电子及工业控制机的要求，从而获得了广泛的应用。