科普丨CPU、MCU、MPU、DSP、FPGA各是什么？有什么区别？

1、CPU

中央处理器，简称 CPU（Central Processing Unit），中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。电子计算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。中央处理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。[1]

CPU历史发展：

Intel于1971年发售了自己的第一款4位微处理器，设计与ROM 4001，RAM 4002和移位寄存器4003配合工作。其中4004自身负责运算，其它部分则是使CPU正常工作的重要组成。大部分4004被用于计算器和其它类似的设备，而不是用在计算机中。它的最大频率只有740KHz。

4004使得Intel成为了一家微处理器公司，为了适应潮流，Intel发布了新的8位处理器系列。8008，8080和8085分别于1972年，1974年和1975年发布。

8086：X86的起点（1978）

Intel的第一款16微处理器，相比于8080大有提升。不仅频率更高，而且16位总线和其它附加硬件允许8086同时执行两条8位指令。它也能执行更高效的16位任务，但此时大多数软件是8位软件，所以支持16位在多任务能力面前显得不那么重要。地址总线则扩展到了20位，使得8086可以存取1MB的内存，因而提高了性能。

80386：X86的32位开端（1986）

Intel的第一款32位X86处理器是80386，于1985年发布。其中最关键的特性就是采用了32位地址总线最大支持4GB内存，尽管这个数字比当时大多数人用的要大得多，但RAM的限制损害了早先X86处理器和它的竞品的性能。与现代CPU不同的是，在80386时代，更多的RAM能够直接转化为性能的提升。Intel同时采用了一些架构改进来提升相同RAM大小的性能表现。

最初的Pentium（奔腾）（1993）

最初的Pentium CPU在1993年发布，但没有沿用80X86的命名方式。Pentium采用了P5架构，这是Intel在X86 CPU首次采用超标量技术（注：这与我们现在常提到的超线程技术不同），尽管全面超越了80486，但最突出的进步是改进了FPU。

Westmere：核显的开端（2010）

Intel使用32nm工艺重做了Nehalem并命名为Westmere，它的底层架构没有太多变化，但是通过制程带来的进步，Intel可以在CPU中塞下更多的东西，Westere堆至10核心以及多达30MB的三级缓存。

Broadwell（2014）

Intel的下一代架构的核心代号为Broadwell，采用14nm制程，为移动端而设计，于2014年发布。首个Broadwell产品是Core M，双核超线程CPU，TDP仅有3-6W

但是在桌面市场，几乎难见Broadwell的身影，仅在2015年中期发布寥寥几款产品，但集成了Intel史上最强核显，包括48组EU单元，128MB L4 eDRAM缓存，解决了核显的带宽问题，在游戏性能的测试中，表现优于AMD最快的APU

Skylake（2015）

在Broadwell桌面端发布后不久，Intel发布了下一代产品Skylake架构，尽管这是Intel至今最强的CPU，不过平台的变化可以说比CPU本身更重要。[2]

2、MCU

MCU(MicroControllerUnit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

MCU按其存储器类型可分为MASK(掩模)ROM、OTP(一次性可编程)ROM、FLASHROM等类型。MASKROM的MCU价格便宜，但程序在出厂时已经固化，适合程序固定不变的应用场合；FALSHROM的MCU程序可以反复擦写，灵活性很强，但价格较高，适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途；OTPROM的MCU价格介于前两者之间，同时又拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性，又要求低成本的应用场合，尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。[3]

3. MPU

微处理器单元(Micro Processor Unit， MPU)，就是把很多 CPU 集成在一起并行处理数据的芯片。通俗来说，MCU 集成了 RAM，ROM 等设备;MPU 则不集成这些设备，是高度集成的通用结构的中央处理器矩阵，也可以认为是去除了集成外设的 MCU。

4、DSP

DSP(DigitalSignalProcessing)，数字信号处理，简称DSP。DSP是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术。另外DSP也是DigitalSignalProcessor的简称，即数字信号处理器，它是集成专用计算机的一种芯片，只有一枚硬币那么大。

5、FPGA

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA做得好的厂商：Altera((阿尔特拉)被Intel收购)、Xilinx(赛灵思)、Actel、Lattice(莱迪思)、Atmel、京微雅格、QuickLogic、Microsemi、Cypress、TI、上海复旦微、广东高云、同方国芯、西安智多晶、中国电子、成都华微、深圳国微、遨格芯等等。

CPU、MCU、MPU、DSP、FPGA的比较

CPU(Central Processing Unit，中央处理器)发展出来三个分枝，一个是DSP(Digital Signal Processing/Processor，数字信号处理)，另外两个是MCU(Micro Control Unit，微控制器单元)和MPU(Micro Processor Unit，微处理器单元)。

MCU：大都在结构上是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计数器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口——所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。指令集上早期的MCU是采用CISC的，后面被RISC取代。在总线位数上，MCU覆盖了4位、8位、16位、32位，应用十分广泛。

DSP：结构上它采用哈佛结构，同样采用流水线技术。此外，DSP被用于宿主环境时可作为直接内存存取设备运作，还支持从模拟数字转换器（ADC）获得数据，最终输出的是由数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号的数据，支持一定的并行处理。

FPGA：FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LogicCellArray）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（ConfigurableLogicBlock）、输出输入模块IOB（InputOutputBlock）和内部连线（Interconnect）三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。FPGA有别于DSP、ARM、MCU的地方主要在于它的并行处理能力，它的强大并行性使复杂的运算得到极大的速度比提升。[4]

参考

• CPU是什么 https://product.pconline.com.cn/itbk/diy/cpu/1111/2578852.html
• 张凌 电脑CPU的发展史 https://www.cnblogs.com/zhugeanran/p/8653454.html
• http://www.eepw.com.cn/article/201809/391547.htm
• https://www.bilibili.com/read/cv8314720