CPU、MCU、PLC、DSP、SOC、FPGA等之間的關(guān)系

它們之間的關(guān)系

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CPU是最基本的存在，因?yàn)槟承┰?，在CPU的外部又包裹了部分附加功能，和CPU一起共同構(gòu)成MCU、DSP、SOC等這些芯片，因此它們都是從CPU的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來，基本關(guān)系我們可以理解為下圖。

至于說為什么MCU、DSP、SOC等芯片，會在CPU的基礎(chǔ)上內(nèi)置功能擴(kuò)展，其它的功能自然它們自己的目的和道理，后面會針對每個(gè)芯片做解釋。

9.2 CPU芯片

CPU的英文全稱為Central Processing Unit，直譯為“中央處理單元”或者中央處理器，不管什么類型的計(jì)算機(jī)都必須要包含CPU，因?yàn)镃PU中的運(yùn)算器和控制器是整個(gè)計(jì)算機(jī)工作的腦中樞。

9.2.1 在什么情況下，CPU為獨(dú)立芯片

當(dāng)我們需要極高性能的CPU時(shí)，就必須把CPU單獨(dú)做成一個(gè)芯片，因?yàn)閱挝幻娣e的門電路數(shù)量是有限的，因此如果像MCU、DSP、SOC一樣，將CPU和很多其它的內(nèi)置擴(kuò)展都集成在一起時(shí)，當(dāng)芯片體積都差不多的情況下，單獨(dú)CPU芯片所含門電路數(shù)量一定高于MCU、DSP、SOC的內(nèi)置CPU所含門電路數(shù)量，因此才會單獨(dú)的將CPU集成為一個(gè)獨(dú)立芯片。而且給獨(dú)立的CPU芯片做功能擴(kuò)展時(shí)會更加的靈活。

9.2.2 哪些計(jì)算機(jī)使用單獨(dú)成片的CPU

現(xiàn)在像個(gè)人電腦和服務(wù)器這一類的計(jì)算機(jī)，其計(jì)算能力的要求是較高的，因此目前個(gè)人電腦和服務(wù)器的CPU都是獨(dú)立芯片，我們都知道個(gè)人電腦和服務(wù)器的的芯片使用Intel的X86(全稱80x86)系列的居多，所以intel的用于個(gè)人電腦和服務(wù)器的CPU基本都獨(dú)立芯片的。

9.2.3 使用CPU獨(dú)立芯片的會使得計(jì)算機(jī)體積較大，不適合便攜式設(shè)備

如果CPU是獨(dú)立心芯片的話，很多CPU的擴(kuò)展功能需要通過外置擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)，所以這就會導(dǎo)致個(gè)人電腦和服務(wù)器這一類的計(jì)算機(jī)體積較大。目前便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備越來越多，比如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、平板等這一類的計(jì)算機(jī)設(shè)備，為了能夠方便的攜帶，對于體積要求較高，因此為了將體積減小，就將很多原本很占體積的CPU的外部擴(kuò)展，直接和CPU集成為了一個(gè)很小的芯片，也就是我們前面提到的MCU、PLC、DSP、SOC等芯片，但是這樣做的代價(jià)就是芯片的中內(nèi)置CPU的計(jì)算能力下降了，但是對于很多移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備來說，并不需要像個(gè)人電腦或者服務(wù)器一樣的計(jì)算能力，只要能夠打電話、看電視頻、聽音樂、玩手游（無法玩pc才能玩的大型游戲）等等即可。

9.3 MCU芯片

9.3.1 MCU名詞

MCU的英文全稱為Microcontroller Unit，直譯為“微控制單元”，又被稱為Single Chip Microcomputer ，直譯為“單片微型計(jì)算機(jī)”，簡稱單片機(jī)，最簡單的理解就是一個(gè)芯片就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。

9.3.1 CPU芯片和MCU芯片的區(qū)別

從上圖就能大致的看出，CPU與MCU的區(qū)別，但如果說想詳細(xì)的了解MCU具體情況的話，這樣簡單的對比還不夠。

9.3.2 PC的結(jié)構(gòu)

為了弄清楚MCU，需要先從PC機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始講起，然后通過對比來引出MCU。

（1）對于PC等計(jì)算性能較高的計(jì)算機(jī)，它們各個(gè)組成部分是分離的，因?yàn)镻C的計(jì)算能力要求很高，所以PC的CPU處理能力很強(qiáng)，而且是獨(dú)立芯 片，內(nèi)存和外存的容量非常的大。

（2）不管是那種計(jì)算機(jī)，都必須包含CPU、三大總線（地址/數(shù)據(jù)/控制）、外設(shè)IO接口、內(nèi)存和外存，其中內(nèi)存和外存是必須包含的外部設(shè)備， 因?yàn)楸仨氁写鎯υO(shè)備用于存儲程序和數(shù)據(jù)。

（3）像什么聲卡和喇叭，顯卡和顯示器，網(wǎng)卡和網(wǎng)線等其它外部設(shè)備等，不同的計(jì)算機(jī)根據(jù)用途不同會有所不同。

9.3.3 MCU

（1）很多電子設(shè)備對于計(jì)算能力要求較低，但是體積要求很高

PC等大型計(jì)算機(jī)為了擁有較高的計(jì)算能力，各個(gè)組成部分是分離組建的，獲得了計(jì)算能力但是犧牲了體積。但是對于像電動(dòng)玩具、家電控制器等這類小型電子設(shè)備而言，不需要什么計(jì)算能力而更在乎體積，所以才有了MCU（單片機(jī)）的出現(xiàn)，MCU是芯片級的計(jì)算機(jī)。

（2）MCU與PC的異同

1）相同點(diǎn)：都必須包含的CPU、三大總線（地址/數(shù)據(jù)/控制）、IO接口、內(nèi)存和外存這些核心的東西。

1）不同點(diǎn)

（a）單片機(jī)會將CPU、三大總線（地址/數(shù)據(jù)/控制）、IO接口、內(nèi)存和外存集成到一起，PC是分離的

（b）單片機(jī)為了自己特有目的，內(nèi)部還會集成比如串口、定時(shí)器、AD/DA等外部設(shè)備。

串口、SPI、12C這三種外設(shè)是MCU常見的三種串行通信方式，如果你對串口、SPI、I2C感興趣，情感后續(xù)的單片機(jī)課程。

（3）MCU特點(diǎn)

1）單片機(jī)芯片不能直接工作，必須為其設(shè)計(jì)外部電路（最起碼供電電路），并且燒錄程序，才能工作。

2）MCU的優(yōu)缺點(diǎn)

（a）優(yōu)點(diǎn)：體積小，價(jià)格便宜，單個(gè)芯片就是一個(gè)微小的計(jì)算機(jī)，使用方便

（b）缺點(diǎn)：因?yàn)轶w積小，所以MCU的CPU、內(nèi)存和外存相對于PC的來說，肯定差了很多，犧牲計(jì)算能力換來了體積優(yōu)勢。

3）應(yīng)用

對于很多簡單應(yīng)用，比如玩具、家電(電飯煲)等對于計(jì)算能力要求很低的小型計(jì)算機(jī)設(shè)備來說，MCU的計(jì)算功能已經(jīng)足夠，關(guān)鍵是便宜，對于成本控制很敏感的產(chǎn)品來說，價(jià)格這一點(diǎn)顯得突出。

（4）MCU總結(jié)

所以MCU就是將CPU、三大總線（地址/數(shù)據(jù)/控制）、IO、內(nèi)存、外存、以及某些專用外不是被集成為一體的芯片，這就是MCU，一片一機(jī)。

（5）為什么現(xiàn)在MCU使用的這么多

因?yàn)槟隳玫絚pu后，盡管單獨(dú)CPU的計(jì)算能力很強(qiáng)，但是你還要為CPU設(shè)計(jì)大量的外部設(shè)備，開發(fā)難度直接上了一個(gè)等級，對于很多不需要太強(qiáng)計(jì)算能力的場合不合適，使用計(jì)算能力很強(qiáng)的獨(dú)立芯片的CPU，簡直就是殺雞用牛刀，關(guān)鍵是你拿到后還需要為其設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路，以便為擴(kuò)展很多需要的最起碼的外設(shè)(內(nèi)存等)，設(shè)計(jì)成本很高。

但是MCU芯片一次性就把就算計(jì)需要基本東西全部集成到一起，你拿到后開發(fā)難度直線下降，因此對于功能要求不高，成本控制嚴(yán)格的場合，顯然使用單片機(jī)開發(fā)是必然的選擇。

（6）MCU的分類

1）低中段

低端單片機(jī)比如8051，中端單片機(jī)比如stm32，低中端主要用于家電、玩具等成本低，計(jì)算能力要求不高電子設(shè)備。

2）高端

ARM中A系列(Cortex-A8，Cortex-A89等)的芯片典型的就是高端MCU，主要用于消費(fèi)類電子，比如手機(jī)、平板、數(shù)碼相機(jī)。

（7）現(xiàn)在常說的單片機(jī)，默認(rèn)指低中端單片機(jī)

一般來說，我們說單片機(jī)時(shí)，默認(rèn)指的是低中端的MCU，一般不會稱呼高端MCU為單片機(jī)，而是直接使用它們的型號名稱來稱呼，比如ARM的Cortex-A7, Cortex-A8, Cortex-A9，Cortex-A15等。

（8）嵌入式開發(fā)與MCU

嵌入式開發(fā)所涉及的就MCU這類的計(jì)算機(jī)芯片，低端到高端都有，MCU的種類很多，這里不在贅述，因?yàn)樵诤竺娴膯纹瑱C(jī)課程中，會詳細(xì)講。

對于真正嵌入式開發(fā)者，必須具備低中高端MCU的使用能力，希望學(xué)習(xí)嵌入式的同學(xué)，請看后面的技術(shù)課程。

9.4 PLC

PLC，英文全程為Programmable Logic Controller，直譯為“可編程邏輯控制器”，直白理解就是可以編程控制的控制設(shè)備，是專門用在工業(yè)環(huán)境下電子控制設(shè)備，從“電子控制設(shè)備”這個(gè)詞就能看出，事實(shí)上PLC并不是一個(gè)芯片，而是一個(gè)設(shè)備。

那么PLC到底是怎么出現(xiàn)的呢？需要先從使用MCU設(shè)計(jì)工控設(shè)備的缺點(diǎn)開始說起。

9.4.1 直接使用MCU設(shè)計(jì)工業(yè)控制設(shè)備的缺點(diǎn)

前面講MCU時(shí)就說過，是可以使用MCU來設(shè)計(jì)工業(yè)控制用的設(shè)備的，購買到MCU芯片后，可以從頭到尾設(shè)計(jì)出某功能的工控設(shè)備，但是這樣做的問題很難多，這些問題導(dǎo)致成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，問題有，

（1）問題1：周期長

從頭到尾設(shè)計(jì)，你就必須設(shè)計(jì)電路原理圖，繪制pcb板，元器件焊接，編寫和調(diào)試程序，產(chǎn)品發(fā)布后還有測試周期，所以做工控設(shè)備的公司直接使用MCU從頭開始設(shè)計(jì)的，開發(fā)周期實(shí)在是太久。

（2）問題2：設(shè)計(jì)難度大，穩(wěn)定性不高

很多工控研發(fā)公司不是專業(yè)的MCU開發(fā)公司，所以MCU開發(fā)技術(shù)不成熟，加之工業(yè)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，比如高電壓，高粉塵，高振動(dòng)，高輻射等，對于設(shè)備的穩(wěn)定程度需求很高，MCU開發(fā)經(jīng)驗(yàn)不足的公司，很難開發(fā)出穩(wěn)定性高工控設(shè)備。

（3）問題3：成本高

由于第一個(gè)和第二個(gè)原因，如果直接使用MCU從零開發(fā)的話，成本非常高，關(guān)鍵是還開發(fā)不出好的設(shè)備。

9.4.2 PLC的出現(xiàn)

（1）PLC是如何解決上述問題的

經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)的、對工業(yè)控制設(shè)備非常熟悉的MCU設(shè)計(jì)者站了出來，設(shè)計(jì)了一款穩(wěn)定性極高的、功能可圖形化編程的、具備基礎(chǔ)功能的半成品的MCU工控設(shè)備，其他人拿到這個(gè)穩(wěn)定成熟的半成品設(shè)備后，非常容易的就能擴(kuò)展出自己特有的工控設(shè)備。

（2）PLC這種半成品工控設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

前面就說過，PLC并不是一個(gè)芯片，PLC只是使用MCU芯片設(shè)計(jì)的半成品的電子工控設(shè)備，關(guān)鍵是可以使用這個(gè)設(shè)備進(jìn)行功能擴(kuò)展，擴(kuò)展的方式就是插接各種的電路線，PLC的實(shí)物圖如下

日本三菱的PLC設(shè)備

使用PLC設(shè)計(jì)工控具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）無需從零開發(fā)：也就是說別人已經(jīng)將所有最核心的設(shè)備硬件做好了，幫你把最難最復(fù)雜的部分實(shí)現(xiàn)好

2）硬件上擴(kuò)展簡單易行：硬件的擴(kuò)展很容易，直接通過“功能擴(kuò)展接線螺絲”連接外部控制設(shè)備，就可以進(jìn)行擴(kuò)展了。

3）編程容易：PLC在設(shè)計(jì)時(shí)，已將底層的各種功能的程序代碼，轉(zhuǎn)成了各種直觀的圖形符號(梯形圖)，直接通過這些梯形圖的繪制就可以編程了， 會有相應(yīng)的軟件將梯形圖轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K需要執(zhí)行的MCU計(jì)算機(jī)指令。

梯形圖

4）穩(wěn)定程度高：由于是由專門為工控量身設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，足以應(yīng)對工業(yè)上的各種復(fù)雜情況。

9.5 Soc芯片

其實(shí)很多人對于SOC芯片的理解都是錯(cuò)誤的，那么也是通過這一小節(jié)的講解，希望大家能夠搞清楚什么是SOC。

SoC的英文全稱System-on-a-chip，直譯為“片上系統(tǒng)”，直接從名字理解什么是SoC有些困難，但是如果直接講什么是SOC芯片的話，也很難闡述清楚。

事實(shí)上，SOC與MCU是有著很大的關(guān)系，所以如果不能說清楚二者的關(guān)系的話，也就無法搞清楚SOC的，需要先從從MCU說起。

9.5.1 先說說MCU

（1）其實(shí)MCU芯片是通用計(jì)算機(jī)芯片

所謂“通用”就是滿足很多方向的應(yīng)用，既能用于家電，也能工業(yè)、交通等很多方向。

（2）MCU如何滿足通用開發(fā)需求

為了滿足不同公司，不同應(yīng)用方向開發(fā)需求，MCU必須滿足哪兩個(gè)兩點(diǎn)：

1）程序由開發(fā)公司自主編寫

因?yàn)楣居凶约禾赜械男枨?，因此希望能夠開發(fā)自己的特有程序，所以MCU的程序由開發(fā)公司自主編寫。

2）MCU芯片中會集成各種常見的外設(shè)

為主要是了滿足各個(gè)公司在不同方向上的開發(fā)需求，比如有些公司需要使用定時(shí)器，有些公司需要使用串口，有些需要使用網(wǎng)卡，需求各不相同，MCU為了都滿足大家的需求，MCU會將各種常見外設(shè)（定時(shí)器、串口、SPI、I2C、網(wǎng)卡）都集成在了芯片中，用戶拿去后選擇性使用自己需要的外設(shè)，不需要的你不用就是。

（3）使用MCU所面臨的問題

1）MCU的價(jià)格相對較貴的

說的是相對較貴，如果跟使用獨(dú)立CPU芯片進(jìn)行開發(fā)相比的話，MCU無疑非常便宜的，就人來說的話，欲望是無止盡，便宜了還希望更便宜。

人們認(rèn)為MCU在某些特殊的情況下，成本還有很大下降空間，事實(shí)確實(shí)如此，才從通用MCU中脫胎出了更便宜的SoC芯片。

2）為什們說MCU的還有進(jìn)行成本下降的空間呢？

發(fā)現(xiàn)很多產(chǎn)品是專門針對某個(gè)用途，專門針對某個(gè)用途時(shí)，有如下兩個(gè)特點(diǎn)，

（a）該用途只用其中某兩個(gè)外設(shè)

比如只用到網(wǎng)卡，或者串口，其它外設(shè)都是多余的，但是既然買的是通用MCU，就算有些外設(shè)你不用，但是你同樣要買單，事實(shí)上這些不用的外設(shè)就可以拆掉以節(jié)省成本。

（b）開發(fā)的程序多是雷同的

很多公司都生產(chǎn)該用途的產(chǎn)品，購買MCU開發(fā)時(shí)，每家公司都要各自開發(fā)實(shí)際上大致相同的程序，各家公司都在花相同的錢開發(fā)相同功能的程序，反正程序都是雷同的，只要有一個(gè)人把程序開發(fā)好，其它公司不是就不用在為開發(fā)程序花簽了嗎。

9.5.2 SOC解決上述面臨的問題

（1）SoC的是怎么節(jié)省成本的

MCU芯片生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)了以上描述的情況后，就想到了為MCU芯片使用者節(jié)省成本的方法，

（a）將MCU中不需要用到外部設(shè)備裁剪掉，比如我只需要網(wǎng)卡，那么我就只留下網(wǎng)卡，為購買MCU的公司節(jié)省了成本

（b）MCU生產(chǎn)廠家直接將程序固化在芯片內(nèi)，購買到MCU的公司就不用自己寫程序了，也節(jié)省了成本。

通過以上兩步做出的專門針對某用途的特有MCU芯片，這個(gè)特有的MCU就是SOC芯片。

（2）芯片廠家出SOC芯片的條件

1）芯片廠家設(shè)計(jì)出SOC芯片替被人省了錢，芯片廠家自己不久虧了嗎？

芯片廠家自然是不會干虧本的買賣，生產(chǎn)SOC的前提是，專門針對某用途的SOC的使用量非常巨大，在量非常巨大的情況下，做

出SOC，既能給使用者省成本，SOC芯片廠家自己也不虧，不虧的原因有兩點(diǎn)，

（a）SoC能省成本，自然非常受用戶的歡迎，用戶也就更加依賴上了SOC，有助于建立更深的合作關(guān)系。

（b）使用SoC的一定都是大批量的，薄利多銷，對于芯片廠家來說，不僅沒有因?yàn)榻档蚐oC的成本而虧錢，反而掙了錢。

2）芯片廠家出SOC芯片的先決條件就是，要求使用量大

只有當(dāng)專門針對某用途的產(chǎn)品量非常巨大時(shí)，芯片廠家才會為其出SOC芯片，在巨大的量的支持下，芯片廠家和芯片使用公司才有可能雙贏，如果沒有量的支持，是不可能為其出SOC芯片的。

對于量小的產(chǎn)品，各家公司只能老老實(shí)實(shí)的購買MCU芯片開發(fā)，因?yàn)閺S家不可能虧本做出讓別人節(jié)省成本的SOC芯片。

（3）總結(jié)：什么是SoC

1）一句話理解SOC

soc相當(dāng)于是擁有特定用途的，為了節(jié)省成本而在出廠時(shí)固化了代碼、且只集成專用外設(shè)、而且使用量非常巨大的特殊MCU。

2）如何理解SoC這個(gè)名字

System-on-a-chip，直譯“片上系統(tǒng)”，往往具有一定完備性的事物才稱為系統(tǒng)。

SoC芯片的硬件是根據(jù)需求專門設(shè)計(jì)的，而且還給它固化了代碼，因此相對來說，SOC可以算得上是一個(gè)硬軟都不缺的完備系統(tǒng)，因此才被稱片上系統(tǒng)，即一個(gè)芯片可算作是一個(gè)相對完整的系統(tǒng)。

當(dāng)然，拿到SOC芯片后，肯定是要為其設(shè)計(jì)外部電路的。

（4）Soc芯片舉例1）例子1：WIFI芯片

   樂鑫公司的ESP8266 串口WIFI芯片 

ESP8266是專門用于WIFI無線通信的SoC芯片，使用這個(gè)芯片可以設(shè)計(jì)出很多無線WIFI通信模塊，比如很多單片機(jī)是不能WIFI無線上網(wǎng)，

但是通過連接擁有SOC芯片的無線WFIF通信模塊后，就可以無線WIFI上網(wǎng)了，因?yàn)檫@個(gè)芯片的需求量非常大，因此樂鑫公司把它做成了SOC。

2）例子2：顯卡、聲卡芯片

其實(shí)電腦中的顯卡芯片、聲卡芯片就是典型soc芯片，顯卡芯片專門用于視頻的編解碼，聲卡專門用于音頻編解碼，用途很專一，由于這類芯片的使用量很大，因此為了節(jié)省成本，也被做成了SoC，編解碼程序被直接固化在了芯片中。

9.6 DSP芯片

DSP的英文全稱為Digital Signal Process，即數(shù)字信號處理，DSP芯片即指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理的芯片，直接看名字的話不好理解，要弄清楚為什么需要DSP芯片，需要先從CPU處理大批量浮點(diǎn)數(shù)的乘法、除法運(yùn)算說起。

9.6.1 CPU處理大批量浮點(diǎn)數(shù)的乘法和除法時(shí)，面臨問題

（1）非常耗費(fèi)CPU的運(yùn)算資源

耗費(fèi)cpu運(yùn)算資源有三方面的原因，

1）數(shù)據(jù)量大：數(shù)據(jù)來那個(gè)大，自然就需要花費(fèi)更多的時(shí)間處理

2）浮點(diǎn)數(shù)：相比整數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)(小數(shù))的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，處理更費(fèi)勁

3）乘法、除法：相比加法和減法來說，加法器在做乘法和除法運(yùn)算時(shí)會花費(fèi)更久的時(shí)間。

（2）因?yàn)楹馁M(fèi)CPU預(yù)算資源，CPU會被纏著不放

像音視頻數(shù)據(jù)的編解碼，又或者大型游戲的3D渲染這一類，典型就涉及大批量浮點(diǎn)數(shù)的乘法和除法運(yùn)算，因此

1）數(shù)據(jù)量大

2）乘法、除法運(yùn)算多

3）浮點(diǎn)數(shù)非常多

如果非要讓CPU處理的話，cpu會一直耗在這些數(shù)據(jù)的處理上，CPU沒空去處理電腦的其它事情，比如發(fā)現(xiàn)你的電腦非常的卡，當(dāng)鍵盤敲入數(shù)據(jù)沒反映，那是因?yàn)镃Pu還沒有忙過來呢，暫時(shí)沒空處理鍵盤輸入的事情。

（3）CPU是有處理大批量浮點(diǎn)數(shù)乘法、除法運(yùn)算的能力，但是CPU有更加重要的工作

因?yàn)閏pu作為整個(gè)計(jì)算機(jī)的主控中心，需要負(fù)責(zé)整個(gè)計(jì)算機(jī)大局上各部件、各種程序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不是只有進(jìn)行大量數(shù)據(jù)運(yùn)算這一項(xiàng)工作要做，因此如果cpu一直被大量數(shù)據(jù)的運(yùn)算纏著不放肯定是不行的。

9.6.2 DSP，以CPU的協(xié)作者的身份出現(xiàn)

（1）DSP職能：專門進(jìn)行大量數(shù)據(jù)運(yùn)算的芯片

DSP作為cpu的助手芯片，DSP專門用于應(yīng)對涉及乘法、除法的大量浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，一旦當(dāng)cpu檢測需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的乘法和除法運(yùn)算時(shí)，就會將這些煩人的工作交給DSP，DSP會負(fù)責(zé)處理后，cpu脫身后會投入到指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)的工作中。

（2）CPU和DSP

1）通過比喻理解CPU和DSP的關(guān)系

好比一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)，領(lǐng)導(dǎo)能做的事情很多，自然包括文案處理，文案工作少的話都無所謂，領(lǐng)導(dǎo)兼職完成就行了，當(dāng)然領(lǐng)導(dǎo)如果專門從事文案工作的話，也是文案的行家里手，但問題是，對于領(lǐng)導(dǎo)最重要的工作不是文案處理，而是指揮全局，當(dāng)文案工作堆積如山的時(shí)候，如果領(lǐng)導(dǎo)還把大量的精力花在文案處理上的話，就沒人指揮大局了，這個(gè)時(shí)候就需要為領(lǐng)導(dǎo)安排一位專門處理文案秘書，由秘書接替領(lǐng)導(dǎo)繁雜的文案工作，讓領(lǐng)導(dǎo)能夠全身心地進(jìn)入到大局的統(tǒng)籌安排中。

這個(gè)例子中，CPU就是領(lǐng)導(dǎo)，DSP就是秘書。

2）CPU和DSP芯片所處理的數(shù)據(jù)，各自的特點(diǎn)

（a）CPU處理的數(shù)據(jù)

cpu處理的數(shù)據(jù)基本都是控制類數(shù)據(jù)，所謂控制類數(shù)據(jù)，就是告訴這里開、那里關(guān)等的發(fā)號施令的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的特點(diǎn)就是，

· 數(shù)據(jù)的量較小

· 除法和乘法運(yùn)算少

· 處理的浮點(diǎn)數(shù)少

（b）DSP處理的數(shù)據(jù)

· 處理的數(shù)據(jù)量非常大

· 而且除法和乘法運(yùn)算多

· 處理的基本都是浮點(diǎn)數(shù)

所以DSP專門用于處理大量浮點(diǎn)數(shù)的乘法和除法運(yùn)算，主要就是為了解放CPU。

3）DSP和CPU相互配合的方式

（a）主從關(guān)系

CPU芯片、或者集成有CPU的芯片是主芯片，DSP是從芯片，也就是說DSP聽命于CPU的指揮，CPU給DSP劃分任務(wù)，讓其進(jìn)行大量 數(shù)據(jù)的運(yùn)算。

（b）CPU和DSP可以集成在一起，也可以是獨(dú)立的兩個(gè)芯片

目前很多情況是，DSP和CPU被集成在了一起，網(wǎng)絡(luò)攝像頭所使用的就是這樣的處理芯片，在專門提供這類芯片的公司中，華為海 思、安霸、TI是最好的三家。

9.7 FPGA芯片

通過前面學(xué)習(xí)的這張圖片知道，各類芯片（CPU、MCU、DSP、SOC）都是由各種門電路的組合而成，F(xiàn)PGA芯片也不例外。

9.7.1 一般的計(jì)算機(jī)芯片（CPU、MCU、DSP）

可以將一般的計(jì)算機(jī)芯片（比如CPU）表示成為下面這樣，

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)芯片，或者說一般的計(jì)算機(jī)芯片，比如前面提到的CPU、MCU、SOC、DSP等，這些芯片在出廠時(shí)，內(nèi)部門電路之間的連接關(guān)系是早已經(jīng)固定死了，這一類芯片尤其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

（a）優(yōu)點(diǎn)

所有設(shè)備的計(jì)算機(jī)芯片都是一樣的，功能靈活性很高，因?yàn)橹灰獔?zhí)行不同的程序?qū)崿F(xiàn)的，計(jì)算機(jī)芯片就可以體現(xiàn)不同的功能（工作邏輯），因此基本所有的計(jì)算機(jī)都采用這種傳統(tǒng)的，出廠時(shí)內(nèi)部門電路連接就已經(jīng)設(shè)計(jì)好的方式實(shí)現(xiàn)。

（b）缺點(diǎn)

使用該芯片做成產(chǎn)品后，必須要有相應(yīng)的程序指令指揮其工作，工作的步驟必須一條指令一條指令的來，比如有5條指令，這5條指令只能由硬件一步一步的執(zhí)行，不能一次被硬件全部同時(shí)執(zhí)行。這里不少同學(xué)就要說了，不是還有多核CPU，就算是多核CPU，并發(fā)也是有限的，給你30條指令全部有硬件一次執(zhí)行完，多核也很難做到一次將30條指令全部運(yùn)行完畢，因?yàn)槟憧偛恢劣?0個(gè)核吧。

9.7.2 FPGA的出現(xiàn)

（1）FPGA名字理解

由于上面的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片并發(fā)運(yùn)行存在缺陷，后來人們就搞出了一個(gè)叫做FPGA的東西，F(xiàn)PGA的英文全稱為Field－Programmable Gate Array，直譯為“現(xiàn)場可編程邏輯門陣列”，如何理解這個(gè)詞呢，這個(gè)詞包含如下幾層含義，只要理解了這幾層含義，也就理解了什么叫“現(xiàn)場可編程邏輯門陣列”。

1）門陣列

這個(gè)芯片內(nèi)部包含大量的邏輯門（與門、非門等等），這些邏輯門在一起組成一個(gè)一個(gè)的陣列，所以叫門陣列。

2）可編程

這些“邏輯門”在出廠時(shí)沒有固定死的連接在一起，芯片是半成品，可以按照自己的需求通過硬件編程語言，把這些門電路按照自己的獨(dú)特需求進(jìn)行連接，像搭積木似的進(jìn)行按需組合。

由于編程修改的是芯片內(nèi)的門電路組合關(guān)系，也就是硬件組合關(guān)系，因此FPGA的編程也稱為硬件編程。

3）現(xiàn)場

芯片內(nèi)部門電路結(jié)構(gòu)可以隨時(shí)根據(jù)需求重新組合。

（2）FPGA的優(yōu)點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)1

可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)芯片的功能，完全做到硬件上同時(shí)執(zhí)行很多功能，執(zhí)行時(shí)間縮短了，所以效率很高

比如采用傳統(tǒng)的是計(jì)算機(jī)芯片需要執(zhí)行5條指令，也就是說需要5個(gè)順序步驟才能完成。但是在FPGA這邊，根據(jù)需求重新組合門電路后，分別同時(shí)的執(zhí)行這5條指令時(shí)，在FPGA里面不稱為指令而是功能，這5個(gè)功能可以由5個(gè)功能區(qū)同時(shí)執(zhí)行，所以真正的做到了硬件上的并發(fā)。

2）優(yōu)點(diǎn)2

門電路組合被硬件語言程序安排好后，硬件功能就固定好了，上電即可運(yùn)行，不再需要什么匯編、c語言來再寫指揮工作的程序。

（3）FPGA的缺點(diǎn)

1）FPGA很貴

2）相對來說，開發(fā)難度大

（4）FPGA的硬件編程與我們常說的普通編程的區(qū)別

1）FPGA

FPGA的硬件編程使用的語言叫做HDL（Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language），簡稱硬件描述語言，該語言編寫的程序可以直接修改FPGA芯片內(nèi)部的門電路組成結(jié)構(gòu)，也就是修改內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)，所以該語言才稱為硬件編程語言。

2）普通的編程：比如匯編、c、c++、java等等，這一類語言寫的程序只是告訴硬件按照某個(gè)步驟工作，但是硬件內(nèi)部的組成機(jī)構(gòu)是固定的。

（5）FPGA應(yīng)用場合

對于效率要求非常高，特別是在高頻信號處理方面（信號發(fā)生器），高到了普通的計(jì)算機(jī)芯片無法滿足的程度，需要硬件上完全并發(fā)執(zhí)行各種功能才能到達(dá)時(shí)，就必須使用FPGA。

9.8 為什么弄清CPU、MCU、PLC、DSP、SOC、FPGA的區(qū)別

（1）知道方案選擇

如果說這些芯片之間的區(qū)別搞不清楚的話，會在項(xiàng)目方案的選擇上不知所措，因?yàn)椴煌捻?xiàng)目要求，對于產(chǎn)品開發(fā)周期，難易度，成本要求，穩(wěn)定程度都有不同的，因此需要選擇不同特性的芯片實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的開發(fā)，那么你就需要對這些芯片要有所了解。

（2）通過對比加深理解

希望通過對這些芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對比介紹，可以加深大家對于每個(gè)芯片的認(rèn)識。

作者：佳嵌工作室

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網(wǎng)頁名稱：CPU、MCU、PLC、DSP、SOC、FPGA等之間的關(guān)系
文章出自：http://muchs.cn/article20/pipcco.html

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