1.2 微處理器、微計算機、微處理器系統、片上系統

1.2.1 微處理器MPU

微處理器就是把原來體積龐大的中央處理器CPU的復雜電路，包括運算器和控制器做在一片大規模集成電路的半導體芯片上。我們把這種微縮的CPU大規模集成電路LSI（Large Scale Integration）稱為微處理器（Microprocessor），簡稱MP，或μp，或CPU。其職能是執行算術、邏輯運算和控制整個計算機自動地、協調地完成操作。通常，這種微縮的CPU的芯片尺寸只有十幾至幾十平方毫米。MP是計算機發展的第四代產品。

1.2.2 微計算機MC

僅是一塊MP芯片不可能具有一臺完整的計算機的功能，它只是計算機中核心的運算器和控制器，必須搭配其他芯片，如隨機存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器ROM（Read Only Memory）、輸入和輸出接口電路I/O（Input/Output），以及其他輔助電路，如時鐘發生器、各類譯碼器、緩沖器等。這些芯片通過一定的聯系方式，圍繞CPU才能構成一臺微計算機。因此，所謂微計算機，就是以微處理器為核心，配上大規模集成電路的隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、輸入/輸出接口I/O及相應的輔助電路而構成的微型化的計算機主機裝置，簡稱MC或μC。這些大規模集成電路芯片被組裝在一塊印制板（PCB）上，即微計算機主板（或母板）。

有的生產廠家把CPU、存儲器和輸入/輸出接口電路集成制作在單塊芯片上，使其具有完整的計算機功能，我們稱這種大規模集成電路芯片為單片微型計算機或單片機。

在微計算機主機上配上各種外設和各種軟件，就構成微計算機系統，也簡稱微機系統。

1.2.3 微處理器系統MPS

微計算機有它獨自的特點，不再像小型機和大型機那樣，完全由計算機生產廠家設計組裝成通用計算機系統，提供給用戶使用。微計算機由大規模集成電路芯片構成，因此用戶完全可以根據自己的用途，選購某種微處理器為核心，并選購相應數量的與之相配的系列大規模集成電路，自行設計、裝配成滿足需求的特殊微計算機裝置；用戶也可以在選購生產廠家生產的微機主板后，再根據其提供的擴展總線槽，自行設計需要的部分，以構成某種專門用途的系統。我們稱這種以微處理器為核心構成的專用系統為微處理器系統（Micro-Processing System），簡稱MPS或μPS。微處理器系統和外部世界的聯系更廣泛，在組成結構的規模上更具靈活性。典型的MPS的結構如圖1-3所示。

這里，必須提及一下，微計算機系統和微處理器系統在人們使用的概念上有其共同之處，都是以CPU為核心組建的。但是，在提到微計算機系統時，人們常常會以其通用性，而自然與它的配置齊全聯系起來，這是一種市場購置和它獨立存在使用的概念。而微處理器系統則是以其專用性和具備功能的“量體裁衣”概念相聯系的，是行業專用、自行設計的嵌入式概念，是各行業實現數字化、智能化的核心。例如，各種家用電器的控制系統，各種智能儀器的控制系統，測控系統、通信設備、程控交換設備中的智能管理、功能控制系統，機電一體化設備中的數控系統等，這些都是一些微處理器系統。顯然，在現今信息化、自動化時代，MPS是一種應用更廣泛也是一種更廣義的稱呼。要把配置齊全的微計算機系統稱為通用的微處理器系統，自然也不為過。

1.2.4 片上系統SoC

前面所述的微計算機和微處理器系統都是將系統組成的各芯片焊接在印制板（PCB）上，通過板上印制連線將它們連接起來。但是，當系統要求速度增加，功耗降低，體積小時，這種印制連線的延時、噪聲、體積將不能滿足系統性能的要求。在這種需求的牽引和當今半導體集成度提高的推動下，就出現了系統級芯片SoC（System on Chip，片上系統）。

所謂片上系統SoC，就是將一個具有專門系統功能的組成部件嵌入集成在一塊芯片上，包括CPU、存儲器、需要的I/O接口，適應特殊需要的（如數字信號處理器DSP、數/模混合電路等）硬件部件，加上系統軟件、用戶軟件等軟核部件，構成更微小型的微處理器系統。這種片上系統又稱為嵌入式系統，通常是客戶定制的CSIC（Customer Specific Integrated Circuit），或是面向特定用途的標準產品ASSP（Application Specific Standard Product），適用于嵌入到應用對象系統中，構成更大規模的系統。SoC的特點是速度快，集成度高，功耗低、體積小、專用性強，軟、硬部件均可“量體裁衣”，使系統成本降低，加快了嵌入的宿主系統更新換代的速度。這些優點正好適應了各類通信產品、移動電話、掌上電腦、消費類電子產品的數字音頻播放器、數字機頂盒、游戲機、數碼相機、商用POS/ATM機、汽車電子及工業控制機的要求，從而獲得了廣泛的應用。