2、计算机芯片与数字逻辑基础全解析

计算机芯片与数字逻辑基础全解析

计算机芯片的分类与特点

计算机主要可分为通用计算机和嵌入式计算机这两大类别。通用计算机旨在运行任意软件程序，因此配备了丰富的硬件资源以支持潜在应用，还拥有复杂的操作系统来管理这些资源。而嵌入式系统则是在设备内部嵌入小型计算机，以此控制设备的运行。嵌入式计算机具备完成任务所需的足够资源，它们通常集成在单个集成电路（IC）上，成本极低，并且其硬件和软件紧密耦合，能针对所设计的应用进行优化操作。

从成本方面来看，微控制器单元（MCU）具有低成本的显著特点。通用微处理器芯片的价格可能从几十美元到数百美元不等，而MCU的成本仅为几美分至几美元。这种低成本得益于大规模的制造工艺，随着半导体制造规模的扩大，单个芯片的生产成本会降低。嵌入式计算机芯片的低成本反映了嵌入式计算机的普及程度。全球嵌入式计算机的销量比通用计算机高出多个数量级，而且随着设备变得更加智能、相互连接，以及汽车中嵌入更多功能，这一差距预计还会进一步扩大。例如，2018年全球售出了超过250亿个MCU，相比之下，基于通用CPU的个人计算机（PC）每年的销量约为4亿台。实际上，估计只有约2%的计算机芯片最终用于PC。

在过去十年中，智能手机和平板电脑已从嵌入式系统类别转变为通用计算机。最初，手机和个人桌面助手属于典型的嵌入式系统，它们无法支持任意软件的安装，只能执行特定任务，如打电话、发短信、日程安排等。然而，随着处理技术的进步，手机开始具备支持更通用操作系统（如安卓和iOS）的能力，这使得它们能够支持各种不同的应用程序，从而可以访问手机或平板电脑丰富的资源。如今，智能手机和平板电脑被视为通用计算机，只是在尺寸、便携性和软件支持方面与笔记本电脑和工作站有所不同。

从教育角度来看，