2024年5月17日发(作者：蚁栋)
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CPU ⇒ MPU ⇒ MCU
1 CPU（Central Processing Unit,中央处理器） ............................. 1
1.1 CPU的组成 ...................................................... 1
1.2 CPU的工作原理 .................................................. 2
2 MPU（Microprocessor Unit,微处理器） .................................. 3
2.1 MPU的组成 ...................................................... 4
2.2 MPU的分类 ...................................................... 4
2.3 MPU的体系结构：冯·诺伊曼结构和哈佛结构 ........................ 4
2.4 MPU的典型代表:DSP（Digital Signal Processor,数字信号处理器） ....... 5
3 MCU（Microcontroller Unit,微控制器/单片机） ............................... 6
3.1 MCU的概念 .......................................................... 6
3.2 MCU的概述 .......................................................... 6
3.3 MCU的分类 .......................................................... 7
3.4 MCU的架构:CISC架构和RISC架构 ..................................... 7
3.5 常见的MCU .......................................................... 7
3.6 MCU的典型代表:ARM ................................................. 11
4 CPLD（Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件) .............. 11
5 FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列） ................... 11
6 DSP,ARM,FPGA的区别 ...................................................... 12
1 CPU（Central Processing Unit,中央处理器）
中央处理器（CPU）是电子计算机的主要器件之一，其功能主要是解释计算机指令及
处理计算机软件中的数据。
1.1 CPU的组成
CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
运算器：进行算术运算和逻辑运算(部件:算数逻辑单元、累加器、寄存器组、路径转
换器、数据总线)。
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控制器：控制程序的执行,包括对指令进行译码、寄存，并按指令要求完成所规定的
操作，即指令控制、时序控制和操作控制。复位、使能(部件:计数器、指令暂存器、指令
解码器、状态暂存器、时序产生器、微操作信号发生器)。
寄存器：用来存放操作数、中间数据及结果数据。
1.2 CPU的工作原理
CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，将指
令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作，从而完成一条指令的执
行。可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。
注：指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者
多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机
器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。
第一阶段：提取
从存储器或高速缓冲存储器中检索指令（为数值或一系列数值）。由程序计数器
（Program Counter）指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。
换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。
提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常从相
对较慢的存储器寻找，因此导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器
的快取和管线化架构。
第二阶段：解码
CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义
的片断。根据CPU的指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）定义将数值解
译为指令。
一部分指令数值为运算码（Opcode），其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给
指令必要的信息，诸如一个加法（Addition）运算的运算目标。这样的运算目标也许提供
一个常数值（即立即值），或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决
定。
在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是无法改变的硬件设备。不过在众多抽象且复
杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时常用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微
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1.2 CPU的工作原理 .................................................. 2
2 MPU（Microprocessor Unit,微处理器） .................................. 3
2.1 MPU的组成 ...................................................... 4
2.2 MPU的分类 ...................................................... 4
2.3 MPU的体系结构：冯·诺伊曼结构和哈佛结构 ........................ 4
2.4 MPU的典型代表:DSP（Digital Signal Processor,数字信号处理器） ....... 5
3 MCU（Microcontroller Unit,微控制器/单片机） ............................... 6
3.1 MCU的概念 .......................................................... 6
3.2 MCU的概述 .......................................................... 6
3.3 MCU的分类 .......................................................... 7
3.4 MCU的架构:CISC架构和RISC架构 ..................................... 7
3.5 常见的MCU .......................................................... 7
3.6 MCU的典型代表:ARM ................................................. 11
4 CPLD（Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件) .............. 11
5 FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列） ................... 11
6 DSP,ARM,FPGA的区别 ...................................................... 12
1 CPU（Central Processing Unit,中央处理器）
中央处理器（CPU）是电子计算机的主要器件之一，其功能主要是解释计算机指令及
处理计算机软件中的数据。
1.1 CPU的组成
CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
运算器：进行算术运算和逻辑运算(部件:算数逻辑单元、累加器、寄存器组、路径转
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操作，即指令控制、时序控制和操作控制。复位、使能(部件:计数器、指令暂存器、指令
解码器、状态暂存器、时序产生器、微操作信号发生器)。
寄存器：用来存放操作数、中间数据及结果数据。
1.2 CPU的工作原理
CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，将指
令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作，从而完成一条指令的执
行。可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。
注：指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者
多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机
器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。
第一阶段：提取
从存储器或高速缓冲存储器中检索指令（为数值或一系列数值）。由程序计数器
（Program Counter）指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。
换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。
提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常从相
对较慢的存储器寻找，因此导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器
的快取和管线化架构。
第二阶段：解码
CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义
的片断。根据CPU的指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）定义将数值解
译为指令。
一部分指令数值为运算码（Opcode），其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给
指令必要的信息，诸如一个加法（Addition）运算的运算目标。这样的运算目标也许提供
一个常数值（即立即值），或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决
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在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是无法改变的硬件设备。不过在众多抽象且复
杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时常用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微
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