电气工程与电子技术学报

微处理器

微处理器是一种计算机处理器，它将计算机中央处理单元（CPU）的功能集成在单个集成电路（IC）或至多几个集成电路上。微处理器是一种多用途可编程设备，它接受数字数据作为输入，根据存储在其存储器中的指令对其进行处理，并提供结果作为输出。微处理器包含组合逻辑和顺序数字逻辑。微处理器对二进制数字系统中表示的数字和符号进行操作。将整个CPU集成到单个芯片或几个芯片上大大降低了处理能力的成本。集成电路处理器通过高度自动化的工艺大量生产，从而降低了单位成本。单芯片处理器提高了可靠性，因为发生故障的电气连接更少。随着微处理器设计变得越来越快，制造芯片（在相同尺寸的半导体芯片上构建更小的组件）的成本通常保持不变。在微处理器出现之前，小型计算机是使用带有许多中小型集成电路的电路板架来实现的。微处理器将其集成到一个或几个大型集成电路中。此后，微处理器容量的持续增加使得其他形式的计算机几乎完全过时，从最小的嵌入式系统和手持设备到最大的大型机和超级计算机，一个或多个微处理器用于各种用途。微控制器是单个集成电路上的小型计算机 (SoC)，包含处理器核心、存储器和可编程输入/输出外设。芯片上通常还包含铁电 RAM、NOR 闪存或 OTP ROM 形式的程序存储器以及通常少量的 RAM。微控制器是为嵌入式应用而设计的，与个人计算机或其他通用应用中使用的微处理器不同。微控制器应用于自动控制产品和设备，例如汽车发动机控制系统、植入式医疗设备、遥控器、办公机器、电器、电动工具、玩具和其他嵌入式系统。与使用单独的微处理器、存储器以及输入、输出设备的设计相比，微控制器减小了尺寸并降低了成本，因此可以经济地以数字方式控制更多设备和流程。混合信号微控制器很常见，集成了控制非数字电子系统所需的模拟组件。一些微控制器可能使用四位字并以低至 4 kHz 的时钟频率运行，以实现低功耗（个位数毫瓦或微瓦）。它们通常能够在等待按钮按下或其他中断等事件时保留功能；睡眠时的功耗（CPU 时钟和大多数外设关闭）可能仅为纳瓦级，这使得其中许多非常适合持久的电池应用。其他微控制器可能扮演性能关键角色，它们可能需要更像数字信号处理器 (DSP)，具有更高的时钟速度和功耗