微處理器和微控制器的區(qū)別？DSP芯片有哪些分類與特點？

中央處理器是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺計算機的運算核心和控制核心，它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。主要包括運算器和高速緩沖存儲器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線。它與內(nèi)部存儲器和輸入/輸出設備合稱為電子計算機三大核心部件。

目前，嵌入式處理器的高端產(chǎn)品有：Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片。

微處理器和微控制器的區(qū)別，這樣的區(qū)別主要集中在硬件結構、應用領域和指令集特征三個方面：

其一，硬件結構。微處理器是一個單芯片CPU，而微控制器則在一塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電路，構成了一個完整的微型計算機系統(tǒng)。除了CPU，微控制器還包括RAM、ROM、一個串行接口、一個并行接口，計時器和中斷調(diào)度電路。雖然片上RAM的容量比普通微型計算機系統(tǒng)還要小，但是這并未限制微控制器的使用。在后面可以了解到，微控制器的應用范圍非常廣泛。其中，微控制器的一個重要的特征是內(nèi)建的中斷系統(tǒng)。作為面向控制的設備，微控制器經(jīng)常要實時響應外界的激勵。

其二，應用領域。微處理器通常作為微型計算機系統(tǒng)中的CPU使用，其設計正是針對這樣的應用，這也是微處理器的優(yōu)勢所在。然而，微控制器通常用于面向控制的應用，系統(tǒng)設計追求小型化，盡可能減少元器件數(shù)量。在過去，這些應用通常需要用數(shù)十個甚至數(shù)百個數(shù)字集成電路來實現(xiàn)。使用微控制器可以減少元器件的使用數(shù)量，只需一個微控制器、少量的外部元件和存儲在ROM中的控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能。微控制器適用于那些以極少的元件實現(xiàn)對輸入/輸出設備進行控制的場合，而微處理器適用于計算機系統(tǒng)中進行信息處理。

其三，指令集特征。由于應用場合不同，微控制器和微處理器的指令集也有所不同。微處理器的指令集增強了處理功能，使其擁有強大的尋址模式和適于操作大規(guī)模數(shù)據(jù)的指令。微處理器的指令可以對半字節(jié)、字節(jié)、字，甚至雙字進行操作。通過使用地址指針和地址偏移，微處理器提供了可以訪問大批數(shù)據(jù)的尋址模式。自增和自減模式使得以字節(jié)、字或雙字為單位訪問數(shù)據(jù)變得非常容易。另外，微處理器還具有其他的特點，如用戶程序中無法使用特權指 令等。

微控制器的指令集適用于輸入/輸出控制。許多輸入/輸出的接口是單/位的。例如，電磁鐵控制著馬達的開關，而電磁鐵由一個1位的輸出端口控制。微控制器具有設置和清除單位的指令，也能執(zhí)行其他面向位的操作，如對“位”進行邏輯與、或和異或的運算，根據(jù)標志位跳轉(zhuǎn)等。很少有微處理器具備這些強大的位操作能力，因為設計者在設計微處理器時，僅考慮以字節(jié)或更大的單位來操作數(shù)據(jù)。

數(shù)字信號處理器里的CPU是專門設計用來極快地進行離散時間信號處理計算的，比如那些需要進行音頻和視頻通信的場合。特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應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，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù);

(3)片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨立的數(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。

當然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些，DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。DSP芯片可以按照下列三種方式進行分類。

1.按基礎特性分

這是根據(jù)DSP芯片的工作時鐘和指令類型來分類的。如果在某時鐘頻率范圍內(nèi)的任何時鐘頻率上，DSP芯片都能正常工作，除計算速度有變化外，沒有性能的下降，這類DSP芯片一般稱為靜態(tài)DSP芯片。如果有兩種或兩種以上的DSP芯片，它們的指令集和相應的機器代碼機管腳結構相互兼容，則這類DSP芯片稱為一致性DSP芯片。例如，美國TI公司的TMS320C54X就屬于這一類。

2.按數(shù)據(jù)格式分

這是根據(jù)DSP芯片工作的數(shù)據(jù)格式來分類的。數(shù)據(jù)以定點格式工作的DSP 芯片稱為定點DSP芯片，如TI公司的TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列，ADI公司的 ADSP21XX系列，AT&T公司的DSP16/16A，Motolora公司的MC56000等。以浮點格式工作的稱為浮點DSP芯片，如 TI公司的TMS320C3X/C4X/C8X，ADI公司的ADSP21XXX系列，AT&T公司的DSP32/32C，Motolora公司的 MC96002等。

不同浮點DSP芯片所采用的浮點格式不完全一樣，有的DSP芯片采用自定義的浮點格式，如TMS320C3X，而有的DSP芯片則采用IEEE的標準浮點格式，如Motorola公司的MC96002、FUJITSU公司的 MB86232和ZORAN公司的ZR35325等。

3.按用途分

按照DSP的用途來分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的DSP應用，如TI公司的一系列DSP芯片屬于通用型DSP芯片。專用DSP芯片是為特定的DSP運算而設計的，更適合特殊的運算，如數(shù)字濾波、卷積和FFT，如Motorola公司的DSP56200，Zoran公司的ZR34881，Inmos公司的IMSA100等就屬于專用型DSP芯片。