Mikrokontroler a mikroprocesor są centralnymi jednostkami obliczeniowymi komputera i dlatego funkcjonują jako mózgi systemów komputerowych.
W wartości nominalnej, znając różnicę między tymi dwoma może wydawać się nieco mylące. Można się zastanawiać, o co chodzi w sterowaniu i przetwarzaniu w systemach elektrycznych? Czy są one podobne, czy też są to dwa bardzo różne elementy obwodów elektronicznych?
Tutaj będziemy przyglądać się każdemu komponentowi, skupiając się na ich istotnych różnicach.
Co to jest mikroprocesor?
Rys. 1: Płytka obwodu elektronicznego z procesorem
Mikroprocesor jest procesorem komputerowym umieszczonym w jednym układzie scalonym (IC) lub pojedynczym chipie. W ten sposób wykonuje on wszystkie funkcje centralnej jednostki obliczeniowej (CPU).
Jest to uniwersalny, programowalny, oparty na rejestrze układ, który przyjmuje instrukcje binarne z pamięci i przetwarza dane wejściowe na wyjście.
Trzy podstawowe cechy różniące mikroprocesory: zestaw instrukcji, szybkość zegara i szerokość pasma. Wysoka prędkość zegara i szerokość pasma prowadzą do szybszej pracy procesora i płynniejszej komunikacji z urządzeniami peryferyjnymi.
Mikrokontroler a mikroprocesor-Co to jest mikrokontroler?
Rys. 2: Szczegóły płytki drukowanej komputera
Mikrokontroler to tani mikrokomputer, który wykonuje określone zadania w systemach wbudowanych. Zadania te obejmują dedykowane funkcje, takie jak kontrolowanie temperatury silnika w pojazdach, wyświetlanie informacji w pralkach itp.
Rdzeń procesora, pamięć RAM, ROM i ważne elementy peryferyjne znajdują się w jednym układzie scalonym.
Różnica strukturalna pomiędzy mikrokontrolerem a mikroprocesorem
Rys. 3: Układ cyfrowy
Mikrokontroler jest strukturalnie bardziej kompaktowym komponentem elektronicznym niż mikroprocesor. Wszystkie urządzenia peryferyjne, takie jak timery watchdog, 12C, ADC, itp. oraz pamięć są umieszczone wraz z procesorem w jednym układzie.
Ilość pamięci i portów wymaganych dla mikrokontrolerów jest ograniczona. Nadają się one do konkretnych zadań i mają mniej elementów zewnętrznych.
Mikroprocesor mieści i wykonuje podstawowe funkcje procesora komputera. Jego urządzenia peryferyjne i elementy pamięci, takie jak ROM i RAM, są podłączone zewnętrznie. Możesz używać mikroprocesora w różnych zastosowaniach, wybierając potrzebne urządzenia peryferyjne.
Mikrokontroler a mikroprocesor-Parametry wewnętrzne mikrokontrolera i mikroprocesora
Rys. 4: Ramka komputera
Mikrokontroler a mikroprocesor-Porównanie wielkości
To jest wyzwanie, czasami, aby odróżnić mikrokontroler i mikroprocesor na rozmiar. Mikroprocesory są generalnie fizycznie większe niż mikrokontrolery, ponieważ potrzebują więcej portów do interfejsu z urządzeniami peryferyjnymi.
Porównanie interfejsów peryferyjnych
Mikrokontrolery i mikroprocesory polegają w dużym stopniu na urządzeniach peryferyjnych, takich jak czujniki i rejestry przesuwające, aby uzyskać efektywne działanie. Komunikacja z tymi peryferiami wymaga kanału, który ułatwia przepływ danych i instrukcji.
Mikrokontrolery wykorzystują 12C, SPI i UART jako standardowe interfejsy sprzętowe do wykonywania dedykowanych zadań. Wykonują złożone zadania komunikując się przez USB, UART i szybki Ethernet.
Mikrokontroler a mikroprocesor-Porównanie wielkości bitów
Zarówno mikroprocesory jak i mikrokontrolery mogą obsługiwać tę samą ilość danych dla niższych rozmiarów bitów. Na przykład mikrokontrolery są albo 8-bitowe, 16-bitowe, albo 32-bitowe.
Z drugiej strony, mikroprocesory są 32-bitowe i 64-bitowe.
Wielkość danych, które mikroprocesor obsługuje w jednym cyklu, jest większa niż w przypadku mikrokontrolera.
Dane w mikrokontrolerach są w bitach i bajtach. Tradycyjnie, N-bitowy procesor posiada jednostkę arytmetyczno-logiczną (ALU), magistrale lub rejestry mające N bitów. Jednak w nowoczesnych mikroprocesorach i mikrokontrolerach już tak nie jest.
To, co decyduje o wielkości bitów w mikroprocesorze, nie jest największym rejestrem, magistralą czy ALU. Niektóre procesory mają architektury, które obsługują różne rozmiary bitów w różnych komponentach, w tym w pamięci wewnętrznej i rejestrach.
Mikrokontroler a mikroprocesor-Porównanie prędkości zegara
Mikrokontrolery uruchamiają swoje programy z dużo mniejszej pamięci wewnętrznej zwanej pamięcią flash. Dlatego są one zaprojektowane do pracy z prędkością wystarczającą do wykonania konkretnego zadania i nie mniejszą lub większą.
Innym aspektem prędkości mikrokontrolerów jest to, że większość urządzeń peryferyjnych znajduje się w tym samym mikroprocesorze. W związku z tym bliskość komponentów w projekcie mikroprocesora obniża prędkości zegara mikrokontrolera.
Na przykład mikrokontrolery 8-bitowe mogą pracować z prędkością od 1MHz do 20MHz. Te 16-bitowe i 32-bitowe mogą pracować z prędkościami zegara od 100MHz do 300MHz.
Mikroprocesory są na ogół szybsze od mikrokontrolerów. Stąd też wykonują wiele skomplikowanych zadań jednocześnie. Z drugiej strony, mikrokontrolery wykonują bardziej proste zadania wejścia-wyjścia.
Mikroprocesory pracują z prędkością zegara od 1GHz do 4GHz z pomocą pamięci zewnętrznej lub RAM. Im większa prędkość mikroprocesora lub mikrokontrolera, tym szybsze wykonywanie zadań w procesorze komputera.
Porównanie pamięci
Istnieją dwa rodzaje pamięci w mikroprocesorach i mikrokontrolerach; Random Access Memory i Read-Only Memory.
Zauważ, że mikrokontrolery są specyficzne dla zadania i zwykle nie wymagają tak dużo pamięci. Ich pamięć lotna waha się od 2KB do 256KB.
Z drugiej strony mikroprocesory mają pamięć lotną, która waha się od 512 MB do 32 GB. Są lotne, ponieważ dane na pamięci lub RAM są tracone po utracie zasilania przez urządzenie elektroniczne.
Mikrokontroler a mikroprocesor-Porównanie pamięci ROM
Mikrokontrolery są specyficzne dla zadania i nie wymagają dużo pamięci ROM do wykonania. Dlatego mają ROM (pamięć flash) o rozmiarach od 32 KB do 2 MB.
Z drugiej strony, mikroprocesor ma zazwyczaj większą pamięć ROM niż mikrokontroler. Wielkość pamięci ROM (dysk twardy) wynosi od 128 GB do 2 TB.
Mikrokontroler a mikroprocesor-Porównanie zużycia energii
Kluczową zaletą mikrokontrolerów jest to, że wykonują one dedykowane zadania, które wymagają małej mocy obliczeniowej. Ich wolniejsze prędkości zapewniają, że zużywają mniej energii niż mikroprocesory.
Mikroprocesory wykonują zadania ogólne, które wymagają większej szybkości procesora do wykonania. Zwiększanie szybkości procesora zużywa dużo energii. To właśnie z tego powodu większość systemów mikroprocesorowych wymaga zewnętrznego źródła zasilania.
W przeciwieństwie do tego, system oparty na mikrokontrolerze, taki jak pilot telewizyjny, może korzystać z jednej małej baterii przez wiele miesięcy.
Mikrokontroler a mikroprocesor: Zastosowania
Rys. 5: Technik sprawdzający centralę przeciwpożarową
Mikrokontrolery są wykorzystywane w systemach wbudowanych do wykonywania określonych zadań, które nie wymagają interwencji człowieka przez dłuższy czas. Jest to widoczne w takich urządzeniach jak urządzenia do wykrywania pożarów, urządzenia do sterowania procesami oraz urządzenia do wykrywania i sterowania dźwiękiem.
W przeciwieństwie do nich, mikroprocesory są idealne w systemach ogólnych, w których użytkownik wstępnie określa zadanie, które system wykonuje. Systemy te obejmują komputer osobisty, telefony komórkowe i komunikację satelitarną.
Mikrokontroler vs. Mikroprocesor: Koszt
Mikroprocesory są generalnie droższe od mikrokontrolerów.
Ich konstrukcja uwzględnia docelową aplikację. Ich układy, pamięć, moc przetwarzania i porty są mniejsze niż mikroprocesora.
Mikroprocesory mają również dużą moc przetwarzania. Muszą łączyć się z pamięciami zewnętrznymi, mają więcej portów IO i bardziej skomplikowane obwody niż układ mikrokontrolera. Wszystkie te czynniki, gdy zsumowane razem, napędzają koszt mikroprocesorów w górę.
Wniosek
W tym artykule omówiono istotne różnice pomiędzy mikrokontrolerem a mikroprocesorem. Czy miałeś jakieś wątpliwości dotyczące rozmiarów mikrokontrolerów i mikroprocesorów, ich zastosowań i wymagań?
Mamy nadzieję, że nie masz już żadnych wątpliwości. Zawsze pamiętaj, że mikroprocesory są idealne w systemach wymagających dużej mocy obliczeniowej, natomiast mikrokontrolery sprawdzają się w systemach wbudowanych. Dokonaj właściwego wyboru.
Zapraszamy do kontaktu z nami po więcej informacji.