曾几何时，微处理器和微控制器是不同的设备。从来不存在你在处理哪一个的问题。但是，存储器架构的变化使现代设备的区别变得模糊不清。微处理器和微控制器有多种区分方式。但对于应该如何区分，并没有达成普遍的一致意见，有些人--虽然绝对不是全部--已经得出结论，认为任何区分可能都不是那么重要了。

"近年来，MCU和MPU之间的区别变得更加模糊，"西门子业务Mentor的嵌入式软件技术专家Colin Walls说。"最初，一个MCU将CPU、存储器和外设集成在一个芯片上。如今，虽然情况依然如此，但附加额外的外部存储器是非常普遍的，因为MCU的功能足够强大，可以支持更复杂的应用。"

    两个市场的故事  

曾几何时，计算芯片针对的是两个截然不同的市场。在更明显的方面，设备的目标是主流计算，其中性能是首要考虑因素。这些单芯片计算机被称为 "微处理器"，为个人计算机和大型系统提供动力。

今天，我们在笔记本电脑、台式机和各种类型的服务器中都能看到它们的身影。最关键的是，它们是通用的引擎，旨在运行任何数量的程序，而这些程序并不是先验的。主内存是DRAM，非易失性存储是硬盘（或SSD）。

在不太引人注目的一面是嵌入式计算的世界。这里需要有适度的计算能力和专用的目的。计划中的程序很可能会在固件中实现，这样整个系统--程序和所有程序--就可以在出货前得到验证。存储器的要求要有限得多，用于代码存储的SRAM和非易失性存储器可以与CPU集成在同一芯片上。关键的是，实时响应往往很重要。

这个市场也往往被用于对I/O需求非常特殊的环境中。有些可能是驱动电机。其他的可能是处理声音或读取传感器。将专门的外设接口硬件集成到与CPU和存储器相同的芯片上变得非常有用。这就导致了具有不同特性的各种芯片的出现。但总的来说，集成了SRAM、非易失性存储器和专用外设的CPU被称为 "微控制器"。

微处理器已经摇身一变成为64位的怪物，而8位的微控制器仍然很多。但在中间，发生了一些变化，使两者的区别远没有那么明显。

闪存的集成虽然不是唯一的决定性因素，但却是微控制器的一个重要特性。但在最先进的微控制器节点上，闪存还没有出现，所以许多作为微控制器销售的设备使用外部闪存而不是嵌入式闪存。它们也可能使用外部DRAM。

事实上，一个名为 "影子 "的过程会从外部闪存中提取代码并复制到DRAM中，然后从DRAM中执行代码。而为了提高性能，可能会加入缓存。这使得CPU/内存子系统与微处理器的子系统几乎没有区别。那么现在是不是已经是微处理器了呢？是不是已经没有什么意义上的区别了呢？

图1：上面是微处理器系统的典型简化图。DRAM和硬盘都是外部的芯片。底部左边是一个老式的微控制器，右边是一个新式的微控制器，看起来已经和微处理器没有什么区别了。

可能的差异因素包括：

CPU功能：如果CPU具有复杂的流水线，具有推测执行和其他超标量功能，则可以将其视为微处理器。但是，转换的确切位置并没有明确定义。

更多位：8位设备更有可能被视为微控制器，而64位设备很可能被视为微处理器。但是话又说回来，第一个微处理器是4位，所以这更多的是历史问题，而不是定义的特征。

操作系统：可以根据计算机可以运行的操作系统类型进行分类。如果它运行Linux，则可以将其称为微处理器。如果它仅运行较小的实时操作系统，甚至只运行裸机，则可以将其称为微控制器。这为可能可以运行Linux的设备留出了许多中间地带。

时序要求：尽管不是唯一的，但微控制器通常用于需要硬或软实时响应的应用中。微处理器通常不能用于此目的。

多核：将多核处理器视为微处理器的可能性更大，尤其是在内核相同且对称管理的情况下。但是专用设备可能具有多个处理器，有些专用于诸如数字信号处理之类的特定任务。它们可能被认为是微控制器，但是对吗？此外，设备不一定必须是多核才能成为微处理器，因此这并不是一个好的决定因素。

目的：您可以说通用设备是微处理器，而单用途设备是微控制器。但这实际上就是有关设备使用方式的全部信息。您可以使用任何一种设备。在不知道其使用方式的情况下，您将如何称呼该设备？

外围设备：这使专用外围设备成为可能的差异化因素。可以理解的是，全功能微处理器不会具有这些外围电路，这在很大程度上是因为它们专用于通用用途，而不是用于特定的应用。因此，您可能会说，如果有这样的外设，那就是微控制器。但是事实并非如此：缺少外围设备并不意味着它是一个微处理器。

每个明显的特征都会失败，或者充其量是无法令人满意的。那那把我们留在哪里呢？我们问了很多人他们的意见，但没有达成共识。这是他们的一些想法。

Cadence IP集团产品行销总监Marc Greenberg："我不知道是否有一些'官方'的工程定义 关于微控制器和微处理器的区别。快速搜索似乎可以发现，裸片上有NVM就可以成为MCU，但各种微处理器上都有NVM的位子。而微处理器在同一个芯片上也可能有MCU，那是什么呢？最微小的无缓存处理器可能还有一些寄存器和SRAM。用RTL编码的定序器和从ROM执行的通用处理器真的有什么不同吗？所以，微控制器和微处理器之间的区别是有些随意的，这意味着它可以是你想要的任何东西。当我想到微处理器时，我想到的是控制通用机器(如台式机、服务器、平板电脑等)的大型处理器，而微控制器则是无头或具有较小特定用途用户界面的嵌入式设备的核心。"

Cadence杰出工程师Grant Martin："从维基百科上看，每个人都有一句话： '微控制器是在单个金属氧化物半导体集成电路芯片上的小型计算机。微处理器是一种计算机处理器，它在一个（或多个）MOSFET结构的集成电路（IC）上集成了中央处理单元的功能'。这两种说法都很无用，但指出了试图区分它们的任意性。如果你再钻研一下，微处理器具有CPU的功能，所以它是'计算机处理器'，而单片机是一个比较完整的'计算机'，所以这意味着单片机包括了微处理器，这和约定俗成是相反的。但是，16路服务器处理器的多处理器'核'是微处理器了吗？而例如手机中的多路异构SoC--可能包括多个应用处理核心，多个用于音频、视频、图像处理的DSP，一两个用于在屏幕上渲染图像的GPU，以及一个神经网络处理单元，只是为了好玩--是'微控制器'吗？从我的观点来看，业界是时候让这些有些陈旧的术语退场了，而是使用更精确的，尽管更长、更有描述性（我称之为'无聊的精确'）的术语。"

西门子业务部门Mentor的高级产品经理Jeff Hancock："从系统软件的角度来看，微控制器被期望能够安利于直接解释和控制硬件传感器和执行器的应用。这种访问往往涉及到一致和可靠的指令时序，这与通用微处理器的需求是不一致的。通用微处理器的目标是优化吞吐量，而微控制器往往优化延迟。因此，如果你想要一个大型数据库，微处理器可能是合适的。如果你想要精细的电机控制，微控制器就适合你。外部存储器和高速缓存当然可以破坏微控制器的确定性，但这离宣布它等同于微处理器还有很长的路要走。特别是外部存储器的存在，并不要求单片机中的所有处理单元都要专门使用外部存储器，甚至根本不使用。可以用隔离的子系统来构建系统，允许关键的工作负载与不太关键的应用级系统并行地继续进行，这些系统利用较大的外部存储器和缓存。"

Mentor's Walls："从软件工程师的角度来看，这是一个有趣的挑战。在非相邻的地址上可能有两个内存区域。板载内存很小，但速度更快，所以最好保留给那些受益于最佳速度的代码，比如实时操作系统。这有两方面的影响：开发工具必须足够灵活，以便将代码正确地映射到内存上，而RTOS必须足够小[一般来说非常可扩展]，以适应片上内存。"

Tortuga Logic的高级硬件安全工程师Nicole Fern表示："历史上，微控制器一直与嵌入式系统相关联，在这些系统中，低成本和低功耗的要求比性能更重要。但随着移动计算和物联网边缘计算的出现，现在许多嵌入式系统都需要复杂的处理。这导致MCU产品看起来更像MPU，外部存储器和高速缓存的选项提供了更高的性能和可配置性，但却针对嵌入式领域销售。在这些情况下，MPU和MCU这两个术语之间的区别可能只取决于CPU被集成到系统中的血统。"

Arm的低功耗IoT业务高级总监Thomas Ensergueix："近年来，微控制器和微处理器之间的界限已经模糊。MCU和MPU之间的一个关键区别是软件和开发。MPU将支持丰富的操作系统，如Linux和相关的软件栈，而MCU传统上将专注于裸金属和RTOS。在决定哪种硬件平台、MCU或MPU最适合自己的应用之前，要由软件开发人员来决定哪种软件环境和生态系统。随着现代MCU向32位过渡，我们也看到了性能的陡增，这有助于缩小MCU和MPU之间的差距。例如，许多基于Arm Cortex-M7的MCU提供了超过100 Dhrystone MIPS，或在CoreMark中超过2000点。这些器件中的许多还具有非常大的内置内存，或者提供了连接外部存储器的快速接口。这保证了性能和内存不再是MCU的瓶颈，使其接近低端MPU。

那么，最后确定我们的区别真的重要吗？可能不会。应用程序附带要求，而这些要求将决定使用哪种设备（无论我们称其为什么）。