2 MPU（Microprocessor Unit,微處理器） 3

2.1 MPU的組成 3

2.2 MPU的分類 3

2.3 MPU的體系結(jié)構(gòu)：馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu) 3

2.4 MPU的典型代表:DSP（Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器） 4

2 MPU（Microprocessor Unit,微處理器）

就物理性來說，MPU就是一塊集成了數(shù)量龐大的微型晶體管與其他電子組件的半導(dǎo)體集成電路（Integrated Circuit, IC）芯片。

微處理器(MPU)通常代表一個功能強大的CPU，但不是為任何已有的特定計算目的而設(shè)計的芯片。MPU與傳統(tǒng)的CPU相比，具有體積小、重量輕和容易模塊化等優(yōu)點。

2.1 MPU的組成

MPU的組成部分有：

算術(shù)邏輯單元（ALU，Arithmetic Logical Unit）；累加器和通用寄存器組；程序計數(shù)器；運算器；時序和邏輯控制電路；數(shù)據(jù)和地址總線。其中運算器和控制器是其主要組成部分。

MPU能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。

它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。常見的MPU有Motorola的68K系列和Intel的X86系列。

2.2 MPU的分類

根據(jù)處理對象的不同分類：

用作處理通用數(shù)據(jù)時，叫作中央處理器（Central Processing Unit, CPU）這也是最為人所知的應(yīng)用（如：Intel Pentium CPU）；

專用于作圖像數(shù)據(jù)處理的，叫作圖形處理器(Graphics Processing Unit, GPU)（如Nvidia GeForce 6150 GPU）；

用于音頻數(shù)據(jù)處理的，叫作音頻處理器(Audio Processing Unit, APU)（如Creative emu10k1 APU）等等。

2.3 MPU的體系結(jié)構(gòu)：馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)

馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)

馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)（或普林斯頓結(jié)構(gòu)）是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。

目前使用馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、安謀公司的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器也采用了馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)。

哈佛結(jié)構(gòu)

哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的存儲器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器中讀取數(shù)據(jù)，并進行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。

程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。

哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其程序指令和數(shù)據(jù)指令分開組織和存儲的，執(zhí)行時可以預(yù)先讀取下一條指令。

目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多，除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片，還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和Advanced RISC Machines（安謀）公司的ARM9、ARM10和ARM11，51單片機也屬于哈佛結(jié)構(gòu)。

2.4 MPU的典型代表:

DSP（Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器）

DSP（Digital signal processor）是一種特殊結(jié)構(gòu)的CPU，有自己的完整指令系統(tǒng)；它專門用于處理數(shù)字信號的各種功能，如FFT、數(shù)字濾波算法、加密算法和復(fù)雜控制算法等。

其工作原理是，接受模擬信號并轉(zhuǎn)換成‘0’和‘1’的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。

它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。

 DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，包括控制單元、運算單元、各種寄存器以及一定數(shù)量的存儲單元等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數(shù)量的外部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機。

其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：

（1）在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； 

（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開（哈佛結(jié)構(gòu)），可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；

（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問； 

（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； 

（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持； 

（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器； 

（7）可以并行執(zhí)行多個操作； 

（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

目前有許多微處理器（MPU）逐漸演化為微控制器（MCU）比如arm，因此這些概念開始融合，所以處理器包括CPU，MCU，DSP。

ARM目前是嵌入式處理器的代名詞：由CPU，少量的RAM，F(xiàn)LASH，和其它接口封裝而組成的。