微处理器和微控制器有什么区别？

微处理器和微控制器是为个人计算机和电子设备提供情报的集中式计算机芯片。两者都由半导体集成电路构成，并共享某些内部部件。 

集成电路

微处理器和微控制器都是基于集成电路构建的半导体组件。集成电路是一种非常小的方形或矩形芯片，包含成千上万甚至数百万个电子组件。借助集成电路，工程师可以减小电子电路的尺寸。

CPU

微处理器和微控制器都有 CPU。CPU 是计算机芯片的核心部件，用于处理应用程序或固件提供的指令。CPU 还具有特殊的算术逻辑单元（ALU）模块。ALU 根据计算机指令计算数学值并评估逻辑问题。 

寄存器

寄存器是供 CPU 进行处理的内存模块。CPU 会在处理指令或二进制数据之前、期间和之后临时存储这些指令或二进制数据。尽管微控制器的寄存器通常比微控制器多，但微处理器和微控制器都是使用内部寄存器构建的。

微处理器支持个人计算机和企业服务器中的多种计算操作。另一方面，微控制器允许嵌入式系统实时分析和响应输入。

工程师在开发带有微处理器和微控制器的系统时，会考虑这类差异。

时钟速度

微处理器为不同的应用提供高速和强大的计算能力。现代计算机处理器在千兆赫兹（GHz）范围内运行。这使计算机系统能够执行复杂的数学计算并迅速返回结果。 

尽管微控制器的速度几十年来有所提高，但仍远低于微处理器的处理速度。微控制器的时钟速度介于千赫兹（kHz）到数百兆赫兹（MHz）之间，具体取决于其用途。尽管微控制器的速度范围较低，但可在其专用应用范围内以最佳性能运行。

电路尺寸

微处理器无法自行运行。它依赖外部部件（例如通信芯片、I/O 端口、RAM 和 ROM）来构成完整的计算系统。因此，基于微处理器的电路由连接许多外设和存储芯片的地址和数据总线组成。即使印刷电路板（PCB）技术取得了进步，微处理器系统仍然需要相当大的空间。

但是，微控制器通过更简单的电路提供了一种节省空间的设计。基于微处理器的系统需要的大多数附加组件都可以轻松搭载在同一个芯片上。工程师在设计电子设备时使用的是单个微控制器，而不是使用分离的单个组件。这样就可以在电子电路板上留出更多空间，使工程师能够生产紧凑的系统。 

功耗

微处理器的运行速度通常比微控制器高，功耗也更高，因此需要外部电源。同样，由于有大量的附加组件，基于微处理器单元的计算系统的总功耗也更高。 

另一方面，微控制器设计为以最低功率高效运行。此外，大多数微控制器都具有省电功能，这是微处理器所缺少的。

例如，微控制器可以激活省电模式，并在不处理数据时降低功耗。微控制器还可以关闭未使用的内部外围设备以节省电量。这使得微控制器成为构建依靠存储电源运行的专用低功耗应用程序的理想之选。

操作系统

在实际应用中，微处理器需要操作系统来提供适当的功能。如果没有操作系统，则用户必须使用汇编或二进制语言向微处理器发出指令。

另一方面，微控制器无需操作系统即可运行。但是，一些特定的操作系统可以帮助中高端微控制器更高效地运行。 

连接

与微控制器相比，微处理器处理的通信技术更加多样化。例如，微处理器无需辅助处理器即可处理高速 USB 3.0 或千兆以太网数据。

但是，大多数微控制器需要特殊的处理器才能实现高速数据连接。 

成本

微处理器集成电路仅由 CPU、算术逻辑单元（ALU）和寄存器组成，这降低了单元制造成本。而单个微控制器的内部架构则更为复杂，而且通常比微处理器更昂贵。

但是，基于微处理器的系统更昂贵，因为它需要额外的组件。相比之下，微控制器自身便足以满足其所选应用的需求。

微控制器需要的额外组件更少，因此基于微控制器的系统更便宜。例如，带微控制器的空调电路板的成本低于带微处理器的计算机主板。 

	微处理器	微控制器
内存	需要外部存储器和数据存储。	片上存储器模块（ROM、RAM）。
外围设备	需要其他部件。与外部总线连接。	片上外围设备（计时器、I/O 端口、信号转换器）。
计算能力	能够完成复杂的计算任务。	仅限于特定应用程序逻辑。
时钟速度	非常快。GHz 范围。	速度较快，但比微处理器慢。kHz 到 MHz 范围。
功耗	功耗高。没有省电模式。	功耗最低。内置省电模式。
操作系统	需要操作系统。	操作系统对某些微控制器可选。
连接	可处理高速数据传输。支持 USB 3.0 和千兆以太网。	支持中低速度的通信。串行外设接口（SPI）和 I²C。通用异步收发器（UART）。
费用	价格昂贵，因为有额外的组件。	更便宜，因为单个集成电路可提供多种功能。
使用案例	用于通用计算或需要强大计算能力的系统。	适用于紧凑型系统、电池供电或逻辑处理设备。