談談IC、ASIC、SoC、MPU、MCU、CPU、GPU、DSP、FPGA、CPLD


IC (integrated circuit) 集成電路:微電路、微芯片、芯片;集成電路又分成:模擬集成電路(線性電路)、數字集成電路、數/模混合集成電路;

模擬集成電路:產生、放大、處理各種模擬信號(幅度隨時間變化的信號);

數字集成電路:產生、放大、處理各種數字信號(時間和幅度上離散取值的信號);

集成電路按用途分成:專用集成電路(ASIC)、通用集成電路;

ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 專用集成電路:是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路。 目前用CPLD(復雜可編程邏輯器件)和 FPGA(現場可編程邏輯陣列)來進行ASIC設計是最為流行的方式之一,它們的共性是都具有用戶現場可編程特性,都支持邊界掃描技術,但兩者在集成度、速度以及編程方式上具有各自的特點。ASIC是對特定算法定制的芯片,所以效率是最高的,但是一旦算法改變,芯片就無法使用。

現代ASIC常包含整個32-bit處理器,類似ROM、RAM、EEPROM、Flash的存儲單元和其他模塊. 這樣的ASIC常被稱為SoC(片上系統)

SoC (System On Chip) 片上系統:MCU只是芯片級芯片,SOC是系統級芯片,它既像MCU那樣有內置RAM,ROM的同時,又像MPU那樣強大的不單單是放簡單的代碼,而是可以放系統級代碼,也就是說可以運行操作系統。將MCU集成化與MPU強處理力各優點二合一。

MPU (Microprocessor Unit)微處理器:微機中的中央處理器(CPU)稱為微處理器(MPU),是構成微機的核心部件,也可以說是微機的心臟。它起到控制整個微型計算機工作的作用,產生控制信號對相應的部件進行控制,並執行相應的操作。在微機中,CPU被集成在一片超大規模集成電路芯片上,稱為微處理器(MPU),微處理器插在主板的cpu插槽中。通常所說的16位機、32位機是指該計算機中微處理器內部數據總線的寬度,也就是CPU可同時操作的二進制數的位數。目前常用的CPU都是64位的,即一次可傳送64位二進制數。微處理器的功能結構主要包括:運算器控制器寄存器三部分:運算器的主要功能就是進行算術運算和邏輯運算。控制器是整個微機系統的指揮中心,其主要作用是控制程序的執行。包括對指令進行譯碼、寄存,並按指令要求完成所規定的操作,即指令控制、時序控制和操作控制。寄存器用來存放操作數、中間數據及結果數據。

MCU (Microcontroller) 單片機 :包括了CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統,在工業控制領域廣泛應用。

CPU(Central Processing Unit) 中央處理器作為計算機系統的運算和控制核心,是信息處理、程序運行的最終執行單元。CPU 自產生以來,在邏輯結構、運行效率以及功能外延上取得了巨大發展。

GPU( Graphics Processing Unit) 圖像處理器、又稱顯卡:GPU和CPU的工作流程和物理結構大致是類似的,相比於CPU而言,GPU的工作更為單一。在大多數的個人計算機中,GPU僅僅是用來繪制圖像的。如果CPU想畫一個二維圖形,只需要發個指令給GPU,GPU就可以迅速計算出該圖形的所有像素,並且在顯示器上指定位置畫出相應的圖形。由於GPU會產生大量的熱量,所以通常顯卡上都會有獨立的散熱裝置。

DSP(Digital Signal Processer) 數字信號處理器:DSP 芯片即指能夠實現數字信號處理技術的芯片。 DSP芯片是一種快速強大的微處理器,獨特之處在於它能即時處理資料。 DSP 芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬件乘法器,可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。 在當今的數字化時代背景下, DSP 己成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA 的基本結構包括可編程輸入輸出單元,可配置邏輯塊,數字時鍾管理模塊,嵌入式塊RAM,布線資源,內嵌專用硬核,底層內嵌功能單元。由於FPGA具有布線資源豐富,可重復編程和集成度高,投資較低的特點,在數字電路設計領域得到了廣泛的應用。FPGA的設計流程包括算法設計、代碼仿真以及設計、板機調試,設計者以及實際需求建立算法架構,利用EDA建立設計方案或HD編寫設計代碼,通過代碼仿真保證設計方案符合實際要求,最后進行板級調試,利用配置電路將相關文件下載至FPGA芯片中,驗證實際運行效果。

 

 

CPU和GPU都是通用型芯片;FPGA屬於半定制的,可重復編程的芯片;->也就是說這些芯片適合進行算法驗證調試用,方便修改。

 

FPGA和CPU的區別在於:FPGA偏並行,CPU偏串行。復雜算法用硬件實現過程很難,但是性能很高效,這要取舍。對於復雜的系統,在於合理的軟、硬件划分,由CPU(或DSP)和硬件電路(FPGA)合作完成系統功能是非常必要的。FPGA在通信行業的應用比較廣泛。

 

DSP和標准處理器(CPU\GPU)有很多類似的地方,但是主要的區別DSP其采用了哈佛結構,而不是馮諾依曼結構。主要用來處理數字信號的,不強調人機交互,不需要通信接口。簡單來說CPU偏控制、DSP偏運算。

 

FPGA是‘門’構成的,也就是與非等等;而DSP則是一個處理器;FPGA具有更好的開拓性;此外fpga的dsp builder已經可以在fpga上定做dsp。

FPGA適用於系統高速取樣速率(≥幾MHZ)、高數據率、框圖方式編程、處理任務固定或重復、使用定點。) 適合於高速采樣頻率下,特別是任務比較固定或重復的情況以及試制樣機、系統開發的場合。FPGA適合用於處理重復的、單純的、並行計算的工作。

DSP適用於系統較低取樣速率、低數據率、多條件操作、處理復雜的多算法任務、使用C語言編程、系統使用浮點。)適合於較低采樣速率下多條件進程、特別是復雜的多算法任務。

現在常用的軟件無線電平台就是利用FPGA+DSP+ARM的結構,FPGA主要對高速數據進行預處理,降低數據的速率,然后將數據送給DSP,去實現復雜的算法,ARM主要用來做顯示控制。

 

CPLD(Complex Programmable Logic Device)復雜可編程邏輯器件,是從PAL和GAL器件發展出來的器件,相對而言規模大,結構復雜,屬於大規模集成電路范圍。是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平台,用原理圖、硬件描述語言等方法,生成相應的目標文件,通過下載電纜(“在系統”編程)將代碼傳送到目標芯片中,實現設計的數字系統。

CPLD更適合完成各種算法和組合邏輯,FPGA更適合於完成時序邏輯。CPLD可以實現的功能比較單一,適合純組合邏輯。因此在進行IC設計的原型驗證或者設計中包含了復雜的協議處理,或者設計中使用大量的時序元件時一般選用FPGA器件。也就是說FPGA可以適應當前技術發展中高密度集成的各種設計。

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GPU和CPU的區別;

計算機體系結構、處理器架構:哈佛結構、馮諾依曼結構

架構=指令集架構,就是指指令集;

指令集ISA有:x86、ARM、MIPS;

微架構:指令集的具體實現,微架構,Haswell、Cortex-A75

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相關鏈接:

FPGA和DSP的優勢、劣勢:https://zhidao.baidu.com/question/81320514.html

一文讀懂FPGA\CPLD的區別:http://www.elecfans.com/emb/fpga/20170926555542.html

一文帶你了解CPU\FPGA\CPLD的區別:http://www.elecfans.com/pld/714021.html

一文看懂DSP:http://www.sohu.com/a/293771664_132567

CPU和DSP的區別:http://bbs.21ic.com/icview-2389618-1-3.html?_dsign=8e00fd8b

FPGA和普通CPU的區別:https://blog.csdn.net/lijiuyangzilsc/article/details/44055861

FPGA和CPU的比較,很形象:http://www.elecfans.com/baike/zhujipeijian/cpu/20170426511395.html

FPGA和DSP的區別:https://blog.csdn.net/clara_d/article/details/82355397

FPGA和DSP的優勢、區別:http://m.elecfans.com/article/991144.html

 


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