Чем отличается микроконтроллер от микропроцессора. Микроконтроллер vs микропроцессор: ключевые отличия и области применения

Чем отличается микроконтроллер от микропроцессора. Какие преимущества у каждого типа устройств. Где применяются микроконтроллеры, а где микропроцессоры. Как выбрать подходящее решение для своего проекта.

Содержание

Основные отличия микроконтроллера от микропроцессора

Микроконтроллеры и микропроцессоры — два типа вычислительных устройств, которые широко используются в электронике. Хотя они выполняют схожие функции, между ними есть ряд важных отличий:

Микроконтроллер — это полноценный компьютер на одном чипе, включающий процессор, память и периферию. Микропроцессор содержит только центральный процессор.
Микроконтроллеры используются во встраиваемых системах, микропроцессоры — в персональных компьютерах и более сложных устройствах.
Микроконтроллеры имеют меньшую вычислительную мощность, но потребляют меньше энергии.
Микроконтроллеры дешевле и проще в использовании для простых задач.
Микропроцессоры мощнее и универсальнее, но требуют больше внешних компонентов.

Архитектура микроконтроллера и микропроцессора

Ключевое архитектурное отличие заключается в том, что микроконтроллер объединяет все необходимые компоненты на одном чипе:

Процессорное ядро
Оперативная и постоянная память
Порты ввода-вывода
Таймеры
Интерфейсы для связи

Микропроцессор же содержит только центральный процессор. Память, интерфейсы и другие компоненты подключаются к нему извне. Это делает систему на микропроцессоре более гибкой, но и более сложной.

Производительность и энергопотребление

По производительности микропроцессоры значительно превосходят микроконтроллеры:

Тактовая частота микропроцессоров может достигать 5 ГГц и выше
Микроконтроллеры обычно работают на частотах до 200 МГц
Микропроцессоры имеют более продвинутые архитектуры и больше вычислительных блоков

При этом микроконтроллеры гораздо экономичнее по энергопотреблению:

Потребляемая мощность микроконтроллеров измеряется в милливаттах
Микропроцессоры потребляют десятки и сотни ватт
Микроконтроллеры имеют режимы пониженного энергопотребления

Области применения

Микроконтроллеры обычно используются в следующих областях:

Бытовая техника (стиральные машины, микроволновки)
Автомобильная электроника
Измерительные приборы
Системы «умного дома»
Простые игрушки и гаджеты

Микропроцессоры применяются там, где нужна высокая производительность:

Персональные компьютеры и ноутбуки
Серверы
Смартфоны и планшеты
Игровые консоли
Суперкомпьютеры

Как выбрать подходящее решение?

При выборе между микроконтроллером и микропроцессором стоит учитывать следующие факторы:

Требуемая вычислительная мощность

Энергопотребление и автономность
Объем памяти и периферии
Стоимость и сложность разработки
Размеры устройства

Для простых устройств с низким энергопотреблением лучше подойдет микроконтроллер. Для сложных вычислительных задач оптимальным выбором будет микропроцессор.

Ведущие производители микропроцессоров

Рынок микропроцессоров в основном поделен между несколькими крупными компаниями:

Intel — лидер на рынке процессоров для ПК и серверов
AMD — основной конкурент Intel
ARM — разработчик архитектуры для мобильных устройств
Qualcomm — производитель процессоров для смартфонов
Apple — разработчик собственных процессоров для iPhone и Mac

Каждая компания фокусируется на определенных сегментах рынка и типах устройств.

Тенденции развития микроконтроллеров и микропроцессоров

В развитии обоих типов устройств можно выделить следующие тренды:

Увеличение производительности при снижении энергопотребления
Уменьшение размеров чипов
Интеграция дополнительных функций (графика, ИИ-ускорители)
Повышение безопасности и защиты данных
Развитие специализированных решений для Интернета вещей

При этом грань между микроконтроллерами и микропроцессорами постепенно размывается, появляются гибридные решения, сочетающие преимущества обоих типов устройств.

Заключение

Микроконтроллеры и микропроцессоры — два ключевых типа вычислительных устройств в современной электронике. Каждый из них имеет свои преимущества и области применения. Микроконтроллеры отличаются простотой, низким энергопотреблением и интеграцией всех компонентов на одном чипе. Микропроцессоры обеспечивают высокую производительность и гибкость. Выбор между ними зависит от конкретных требований проекта.

Микропроцессор или микроконтроллер? Что выбрать для своей разработки?

Выбор подходящего устройства, на котором будет основана ваша новая разработка, бывает не простым. Необходимо найти баланс между ценой, производительностью и энергопотреблением, а также учесть долгосрочные последствия этого выбора. Например, если используемое устройство, будь то микроконтроллер или микропроцессор, станет основой целого ряда новых продуктов.

Для начала давайте рассмотрим разницу между микроконтроллером (MCU) и микропроцессором (MPU). Обычно микроконтроллер использует встроенную флэш память, в которой хранятся и выполняется его программа. Благодаря этому, микроконтроллер имеет очень короткое время запуска и может выполнять код очень быстро. Единственное ограничение при использовании встроенной памяти — это ее конечный объем. Большинство микроконтроллеров, доступных на рынке, имеют максимальный объем флэш памяти ~2 мегабайта. Для некоторых приложений это может оказаться критическим фактором.

Микропроцессоры не имеют ограничений на размер памяти, поскольку для хранения программы и данных они используют внешнюю память. Программа обычно хранится в энергонезависимой памяти, такой как NAND или последовательная флэш память. При запуске программа загружается во внешнюю динамическую оперативную память и затем выполняется. Микропроцессор не способен запускаться так же быстро, как микроконтроллер, но объем оперативной и энергонезависимой памяти, которую можно подключить к процессору, может достигать сотен и даже тысяч мегабайт.

Другое отличие между микроконтроллером и микропроцессором — это система питания. Благодаря встроенному регулятору напряжения, микроконтроллеру необходимо только одно значение внешнего напряжения. Тогда как микропроцессору требуется несколько разных напряжений для ядра, периферии, портов ввода-вывода и т.д. О наличии этих напряжений на плате должен заботиться разработчик.

Выбор микроконтроллера или микропроцессора определяется некоторыми аспектами спецификации разрабатываемого устройства. Например, требуется такое количество периферийный интерфейсных каналов, которое не может предоставить микроконтроллер. Или требования относительно пользовательского интерфейса невозможно выполнить, используя микроконтроллер, потому что у него не хватает памяти и быстродействия. Приступая к первой разработке, мы знаем, что продукт в дальнейшем может сильно измениться. В этом случае возможно лучшим решением будет использование какой-то готовой платформы. Так мы учтем запас вычислительной мощности и интерфейсных возможностей для будущих модификаций устройства.

Один из аспектов, которые сложно определить, это быстродействие, требуемое для работоспособности будущей системы. Количественно оценить этот критерий можно с помощью так называемой вычислительной мощности, которая измеряется в Dhrystone MIPS или DMIPS (Dhrystone — это синтетический тест производительности компьютеров, а MIPS — количество миллионов инструкций в секунду). Например, микроконтроллер Atmel SAM4 на базе ядра ARM Cortex-M4 обеспечивает 150 DMIPS, а микропроцессор на ядре ARM Cortex-A5, такой как Atmel SAM5AD3 может обеспечить до 850 DMIPS. Один из способов оценить требуемый DMIPS — это посмотреть какая производительность нужна для запуска части приложения. Запуск полноценной операционной системы (Linux, Android или Windows CE) для работы вашего приложения потребовал бы около 300 — 400 DMIPS. А если использовать для приложения RTOS, то достаточно всего 50 DMIPS. При использовании RTOS также требуется меньше памяти, поскольку ядро обычно занимает несколько килобайт. К сожалению полноценная операционная система требует для своего запуска блок управления памятью (MMU), что в свою очередь ограничивает тип процессорных ядер, которые могут быть использованы.

Для приложений, которые обрабатывают большие объемы чисел, требуется определенный запас DMIPS. Чем больше приложение ориентировано на числовую обработку, тем выше вероятность использования микропроцессора.

Серьезного обсуждения требует использование пользовательского интерфейса, будь то бытовая или промышленная электроника. Потребителям уже привычно пользоваться интуитивно понятными графическими интерфейсами, да и в промышленности все чаще используется этот метод взаимодействия с оператором.

Существует несколько факторов относительно пользовательского интерфейса. Во-первых, это дополнительная вычислительная нагрузка. Для такой интерфейсной библиотеки как Qt, которая широко используется на Linux`e, дополнительно потребуется 80-100 DMIPS. Во-вторых — это сложность пользовательского интерфейса. Чем больше вы используете анимации, эффектов и мультимедийного содержимого, чем выше разрешение изображения, тем большая производительность и память вам потребуется. Поэтому вероятнее всего здесь подойдет микропроцессор. С другой стороны, простой пользовательский интерфейс со статическим изображением на дисплее низкого разрешения может быть реализован и на микроконтроллере.

Другой аргумент в пользу микропроцессора — это наличие встроенного TFT LCD контроллера. Мало микроконтроллеров имеют в своем составе такой модуль. Можно поставить внешний TFT LCD контроллер и какие-то другие драйверы к микроконтроллеру, но нужно учитывать получаемую в итоге себестоимость изделия.

На рынке сейчас появляются флэш микроконтроллеры с TFT LCD контроллерами, но все же должно быть достаточное количество встроенной оперативной памяти для управления дисплеем. Например, 16-цветный QVGA 320х240 требует 150 кБ оперативной памяти чтобы выдавать изображение и обновлять дисплей. Это довольно большой объем ОЗУ и может потребоваться внешняя память, что тоже скажется на себестоимости.

Более сложные графические пользовательские интерфейсы, особенно использующие дисплеи размером больше 4,3 дюйма, требуют применения микропроцессоров. Если микропроцессоры доминируют в приложениях, где используется пользовательский интерфейс с цветным TFT экраном, то микроконтроллеры — короли сегментных или точечно-матричных LCD и других экранов с последовательным интерфейсом.

С точки зрения коммуникаций, большинство микроконтроллеров и микропроцессоров имеют в своем составе наиболее популярные периферийные интерфейсы. Но высокоскоростные интерфейсы, такие как HS USB 2.0, 10/100 Мбит/с Ethernet порты или гигабитные Ethernet порты, обычно есть только у микропроцессоров, потому что они лучше приспособлены к обработке больших объемов данных. Ключевой вопрос здесь — это наличие подходящих каналов и полосы пропускания для обработки потока данных. Приложения, использующие высокоскоростные подключения и ориентированные на операционную систему, требуют применения микропроцессоров.

Другой ключевой аспект, определяющий выбор между микроконтроллером и микропроцессором, это требование по детерминированному времени реакции приложения. Из-за процессорного ядра, встроенной флэш памяти и программного обеспечения в виде RTOS (операционной системы реального времени) или чистого Си кода, микроконтроллер будет определенно лидировать по этому критерию.

Заключительная часть нашего обсуждения будет касаться энергопотребления. Хотя у микропроцессора есть режимы пониженного энергопотребления, у типичного микроконтроллера их намного больше. Кроме того, внешнее аппаратное обеспечение микропроцессора осложняет его перевод в эти режимы. Фактическое потребление микроконтроллера значительно ниже, чем микропроцессора. Например, в режиме энергосбережения с сохранением регистров и оперативной памяти, микроконтроллер может потреблять в 10-100 раз меньше.

Выбор между микроконтроллером и микропроцессором зависит от многих факторов, таких как производительность, возможности и бюджет разработки.

Вообще говоря, микроконтроллеры обычно используются в экономически оптимизированных решениях, где важное значение имеет стоимость изделия и энергосбережение. Они, например, широко используются в приложениях с ультра низким энергопотреблением, где требуется длительное время работы от батарей. Например, в пультах дистанционного управления, потребительских электросчетчиках, охранных системах и т.п. Также они используются там, где необходима высоко детерминированное поведение системы.

Микропроцессоры, как правило, применяются для создания функциональных и высокопроизводительных приложений. Они идеально подходят для промышленных и потребительских приложений на основе операционных систем, где интенсивно используются вычисления или требуется высокоскоростной обмен данными или дорогой пользовательский интерфейс.

И последнее. Выбирайте поставщика, предлагающего совместимые микроконтроллеры или микропроцессоры, чтобы иметь возможность мигрировать вверх или вниз, увеличивая повторное использование программного обеспечения.

Atmel «Microprocessor (MPU) or Microcontroller (MCU)?». Вольный перевод ChipEnable.Ru

Поясним какое различие между микропроцессором и микроконтроллером.

Мы пребываем в неком замешательстве, когда нас спрашивают о различии между микропроцессорами и микроконтроллерами. Вроде бы одинаковые они, но это не так. Итак обсудим их и разберем основные различия.

Микроконтроллер

Это как маленький компьютер на одной микросхеме. Он содержит ядро процессора, ПЗУ, ОЗУ и порты ввода/вывода, которые отвечают за выполнение различных задач. Микроконтроллеры обычно используются в проектах и приложениях, которые требуют прямого управления пользователя. Так как он имеет все компоненты, необходимые в одном чипе, он не нуждается в каких-либо внешних цепей, чтобы сделать свою задачу, так микроконтроллеры часто используются во встраиваемых системах и основные микроконтроллеры производства компании делают их применение на рынке встраиваемых решений.

Микроконтроллер можно назвать сердцем встроенных систем. Некоторые примеры популярных микроконтроллеров: 8051, АВР, серия pic.

Выше архитектуры 8051 микроконтроллера. И вы можете видеть все необходимые компоненты для небольшого проекта присутствуют в одном чипе.

Микропроцессор

Микропроцессор имеет только процессор внутри них в одной или нескольких интегральных схем. Как и микроконтроллеры не имеют оперативной памяти, ROM и другие периферийные устройства. Они зависят от внешних цепей периферийных устройств к работе. Но микропроцессоры делаются не для конкретной задачи, а они необходимы там, где задачи являются сложными и хитрыми, как Разработка программного обеспечения, игр и других приложений, требующих большого объема памяти и где вход и выход не определены. Его можно назвать сердцем компьютерной системы. Некоторые примеры являются микропроцессор Pentium, i3, и i5, и т. д.

Из этого образа архитектуры микропроцессоров можно легко увидеть, что это есть регистры и АЛУ в качестве устройства обработки и не имеет оперативной памяти, ПЗУ в нем.

Итак, в чем разница между микропроцессором и микроконтроллером?

1. Ключевым отличием в них является наличие внешнего периферийного устройства, в микроконтроллерах ОЗУ, ПЗУ, ЭСППЗУ встроенные в него, в случае микропроцессоров мы должны использовать внешние цепи.

2. Вся периферийного микроконтроллера собрана на одном кристалле она компактна, в то время как микропроцессор является громоздким.

3. Микроконтроллеры изготавливаются с использованием комплементарных металл-оксид-полупроводниковой технологии, поэтому они гораздо дешевле, чем микропроцессоры. Кроме того, заявления, что микроконтроллеры дешевле, потому что они нуждаются в меньших внешних компонентов, в то время как общая стоимость системы с микропроцессорами высокая из-за большого числа внешних компонентов, необходимых для таких устройств.

4. Скорость обработки данных микроконтроллеров составляет около 8 МГц до 50 МГц, но в отличие от скорости обработки из микропроцессоров выше 1 ГГц, поэтому они работают намного быстрее, чем микроконтроллеры.

5. Как правило, микроконтроллеры имеют энергосберегающие системы, как режим ожидания или режим экономии энергии, поэтому в целом он использует меньше энергии, а также с внешними компонентами используют низкое общее потребление мощности. В то время как в микропроцессорах, как правило, отсутствует система энергосбережения, а также многие внешние компоненты используются с ним, так что его энергопотребление высокое по сравнению с микроконтроллерами.

6. Микроконтроллеры являются компактными, поэтому этот параметр делает их выгодным и эффективным в системах для малых продуктов и приложений в то время как микропроцессоры являются громоздкими, поэтому они предпочтительны для больших изделий.

7. Задачи, выполняемые микроконтроллером ограничены и, как правило, менее сложные. Хотя задачи, выполняемые микропроцессорами являются: Разработка программного обеспечения, разработка игр, сайтов, оформление документов и т. д. которые, как правило, более сложные, поэтому требуют больше памяти и скорости, поэтому внешнее ПЗУ, ОЗУ используются с ним.

8. Микроконтроллеры основаны на Гарвардской архитектуре памяти программ и памяти данных, где находятся отдельные микропроцессоры, а основаны на фон Неймановской модели, где программы и данные хранятся в одной памяти модуля.

<<< Техническая информация

Разница между микропроцессором и микроконтроллером

АвторLawrence Williams

Часы

Обновлено 31 января 2023 г.

Микропроцессор

и микроконтроллер: ключевая разница

Микропроцессор состоит только из центрального процессора, тогда как микроконтроллер содержит ЦП, память и ввод-вывод, интегрированные в один чип.
используется в персональных компьютерах, тогда как микроконтроллер используется во встроенных системах.
Микропроцессор использует внешнюю шину для взаимодействия с ОЗУ, ПЗУ и другими периферийными устройствами, с другой стороны, микроконтроллер использует внутреннюю управляющую шину.
Микропроцессоры основаны на модели фон Неймана Микроконтроллеры основаны на гарвардской архитектуре
Микропроцессор сложен и дорог, с большим количеством инструкций для обработки, но микроконтроллер недорог и прост с меньшим количеством инструкций для обработки.

Что такое микропроцессор?

Микропроцессор — это блок управления микрокомпьютера, помещенный внутрь небольшого чипа. Он выполняет операции арифметико-логического устройства (ALU) и обменивается данными с другими подключенными к нему устройствами. Это единая интегральная схема, в которой объединены несколько функций.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер — это микросхема, оптимизированная для управления электронными устройствами. Он хранится в одной интегральной схеме, предназначенной для выполнения конкретной задачи и выполнения одного конкретного приложения.

Это специально разработанные схемы для встроенных приложений, которые широко используются в электронных устройствах с автоматическим управлением. Он содержит память, процессор и программируемый ввод-вывод.

Типы микропроцессоров

Важными типами микропроцессоров являются:

Микропроцессоры со сложным набором инструкций
Специализированная интегральная схема
Микропроцессоры с сокращенным набором команд
Цифровые сигнальные мультипроцессоры (DSP)

Типы микроконтроллеров

Вот основные типы микроконтроллеров:

8-битный микроконтроллер
16-битный микроконтроллер
32-битный микроконтроллер
Встроенный микроконтроллер
Внешняя память Микроконтроллер

История микропроцессора

Вот важная веха в истории микропроцессора

Компания Fairchild Semiconductors изобрела первую ИС (интегральную схему) в 1959.
В 1968 году Роберт Нойс, Гордан Мур и Эндрю Гроув основали собственную компанию Intel.
К 1981 году Intel превратилась из стартапа, состоявшего из трех человек, в промышленного гиганта.
В 1971 году INTEL создала микропроцессор первого поколения 4004, который работал с тактовой частотой 108 кГц.
С 1973 по 1978 год производились 8-битные микропроцессоры второго поколения, такие как Motorola 6800 и 6801, INTEL-8085 и Zilog’s-Z80.
В 1978 году на рынок вышел процесс третьего поколения Intel 8008.
В начале 80-х Intel выпустила 32-битные процессоры четвертого поколения.
В 1995 году Intel выпустила 64-битные процессоры пятого поколения.

История микроконтроллера

Вот важные вехи из истории микроконтроллера:

Впервые использован в 1975 году (Intel 8048)
Внедрение EEPROM в 1993 г.
В том же году Atmel представила первый микроконтроллер, использующий флэш-память.

Разница между микропроцессором и микроконтроллером

Вот разница между микропроцессором и микроконтроллером

Микроконтроллер Микроконтроллер Системы на базе микроконтроллера

Микропроцессор	Микроконтроллер
Микропроцессор является сердцем компьютерной системы.	— сердце встроенной системы.
Это только процессор, поэтому компоненты памяти и ввода-вывода должны быть подключены снаружи	имеет процессор вместе с внутренней памятью и компонентами ввода/вывода.
Память и ввод-вывод должны быть подключены снаружи, поэтому схема становится большой.	Память и ввод-вывод уже присутствуют, а внутренняя схема мала.
Нельзя использовать в компактных системах	Можно использовать в компактных системах.
Высокая стоимость всей системы	Низкая стоимость всей системы
Из-за внешних компонентов общее энергопотребление высокое. Следовательно, он не идеален для устройств, работающих от накопленной энергии, таких как батареи.	Поскольку внешних компонентов мало, общее энергопотребление меньше. Таким образом, его можно использовать с устройствами, работающими от накопленной энергии, такими как батареи.
Большинство микропроцессоров не имеют функций энергосбережения.	Большинство микроконтроллеров имеют режим энергосбережения.
В основном используется в персональных компьютерах.	Используется в основном в стиральных машинах, MP3-плеерах и встроенных системах.
Микропроцессор имеет меньшее количество регистров, поэтому больше операций выполняется в памяти.	Микроконтроллер имеет больше регистров. Следовательно, программы легче писать.
Микропроцессоры основаны на модели фон Неймана	Микроконтроллеры основаны на Гарвардской архитектуре
Это центральный процессор на одном кремниевом интегральном чипе.	Это побочный продукт разработки микропроцессоров с ЦП вместе с другими периферийными устройствами.
Не имеет на микросхеме ОЗУ, ПЗУ, блоков ввода-вывода, таймеров и прочей периферии.	ЦП вместе с ОЗУ, ПЗУ и другими периферийными устройствами встроены в один чип.
Он использует внешнюю шину для взаимодействия с RAM, ROM и другими периферийными устройствами.	Используется внутренняя управляющая шина.
Микропроцессорные системы могут работать с очень высокой скоростью благодаря используемой технологии.	работают на частоте до 200 МГц и более в зависимости от архитектуры.
Используется для общего назначения приложений, которые позволяют обрабатывать множество данных.	Используется для специализированных систем.
Это сложно и дорого, с большим количеством инструкций для обработки.	Это просто и недорого с меньшим количеством инструкций для обработки.

Особенности микропроцессора

Вот некоторые важные особенности микропроцессора:

Встроенная программа мониторинга/отладки с возможностью прерывания
Большое количество инструкций, каждая из которых выполняет разные варианты одной и той же операции
Предлагает параллельный ввод-вывод
Таймер цикла команд
Интерфейс внешней памяти

Характеристики микроконтроллера

Вот некоторые важные особенности микроконтроллера:

Сброс процессора
Память программ и переменных (ОЗУ) Контакты ввода/вывода
Устройство тактирования центрального процессора
Таймеры командного цикла

Применение микропроцессора

Микропроцессоры в основном используются в таких устройствах, как:

Калькуляторы
Система учета
Игровой автомат
Комплексные промышленные контроллеры
Светофор
Данные управления
Военное применение
Системы обороны
Вычислительные системы

Применение микроконтроллера

Микроконтроллеры в основном используются в таких устройствах, как:

Мобильные телефоны
Автомобили
CD/DVD-плееры
Стиральные машины
Камеры
Охранная сигнализация
Контроллеры клавиатуры
Микроволновая печь
Часы
MP3-плееры

Резюме:

В чем разница между микроконтроллером и микропроцессором?

Основное различие между микропроцессором и микроконтроллером заключается в том, что микропроцессор состоит только из центрального процессора, тогда как микроконтроллер содержит ЦП, память и ввод-вывод, интегрированные в одну микросхему. Микроконтроллер — это недорогой, простой и малочисленный набор инструкций для обработки, в то время как микропроцессор — сложный и дорогой, с большим количеством инструкций.

Что лучше микроконтроллер или микропроцессор?

Оба этих процесса хороши. Однако какой из них вы должны использовать, зависит от ваших требований. Микроконтроллеры в основном используются для небольших приложений, таких как стиральные машины, камеры, охранная сигнализация, контроллеры клавиатуры и т. д., тогда как микропроцессор используется в персональных компьютерах, сложных промышленных контроллерах, светофорах, системах защиты и т. д.

Что быстрее микропроцессор или микроконтроллер ?

Микропроцессоры намного быстрее микроконтроллеров. Тактовая частота микропроцессора выше 1 ГГц. В то время как в случае с микроконтроллером тактовая частота составляет 200 МГц или более, в зависимости от архитектуры.

Микроконтроллер

против микропроцессора — в чем разница?

03. 12.2019

Штатный сотрудник

Опытные инженеры встраиваемых систем и разработчики продуктов в электронной промышленности должны быть знакомы с функциональными различиями между микроконтроллер и микропроцессор . Оба типа компонентов необходимы для проектирования и создания различных типов электронных устройств, однако может быть трудно провести различие между ними, основываясь только на их определениях: Микроконтроллер представляет собой небольшой компьютер на одном кристалле интегральной схемы. Микроконтроллер обычно содержит одно или несколько ядер процессора, а также дополнительные периферийные устройства (память, последовательный интерфейс, таймер, программируемые периферийные устройства ввода-вывода и т. д.) на одном кристалле. А 9Микропроцессор 0315 — это компьютерный процессор, который выполняет функции центрального процессора (ЦП) всего на нескольких (а часто только на одной) интегральных схемах. На первый взгляд кажется, что микроконтроллеры и микропроцессоры имеют много общего. Оба они являются примерами однокристальных процессоров, которые помогли ускорить распространение вычислительных технологий за счет повышения надежности и снижения стоимости вычислительной мощности. Оба они представляют собой однокристальные интегральные схемы, выполняющие вычислительную логику, и оба типа процессоров используются в миллионах электронных устройств по всему миру. Чтобы помочь прояснить различия между микроконтроллерами и микропроцессорами, мы создали эту запись в блоге, в которой сравниваются два наиболее распространенных типа компьютерных процессоров. Мы рассмотрим все различия между микроконтроллером и микропроцессором, от архитектуры до приложений, чтобы помочь вам прийти к четкому пониманию того, какой из этих компонентов должен стать основой вашего следующего проекта компьютерной инженерии.

В чем разница между микроконтроллером и микропроцессором?

Тип компьютерного процессора, который вы выберете для своей встроенной системы или проекта компьютерной инженерии, окажет значительное влияние на ваш выбор конструкции и результаты проекта, поэтому крайне важно, чтобы вы были полностью информированы об основных вариантах, их уникальных функциях и преимуществах. Давайте более подробно рассмотрим разницу между микроконтроллером и микропроцессором.

Описание архитектуры микропроцессора и микроконтроллера

Микропроцессоры и микроконтроллеры выполняют относительно схожие функции, но если мы посмотрим конкретно на архитектуру каждого типа микросхем, мы увидим, насколько они различаются. Определяющей характеристикой микроконтроллера является то, что он объединяет все необходимые вычислительные компоненты на одном кристалле. ЦП, память, элементы управления прерываниями, таймер, последовательные порты, средства управления шиной, периферийные порты ввода-вывода и любые другие необходимые компоненты находятся на одном кристалле, и внешние схемы не требуются. Напротив, 9Микропроцессор 0315 состоит из центрального процессора и нескольких вспомогательных микросхем, обеспечивающих память, последовательный интерфейс, входы и выходы, таймеры и другие необходимые компоненты. Во многих источниках указывается, что термины «микропроцессор» и «ЦП» по сути являются синонимами, но вы также можете встретить архитектурные схемы микропроцессора, на которых ЦП изображен как компонент микропроцессора. Вы можете думать о микропроцессоре как об одной микросхеме интегральной схемы, которая содержит ЦП. Этот чип может подключаться к другим внешним периферийным устройствам, таким как шина управления или шина данных, которые обеспечивают ввод двоичных данных и получают выходные данные от микропроцессора (также в двоичном виде). Ключевое отличие здесь в том, что микроконтроллеры автономны. Все необходимые вычислительные периферийные устройства находятся внутри чипа, а микропроцессоры имеют дело с внешними периферийными устройствами. Как мы вскоре увидим, каждая из этих архитектур имеет свои уникальные преимущества и недостатки.

Описание приложений микропроцессоров и микроконтроллеров

Микропроцессоры и микроконтроллеры — это два способа реализации процессоров в вычислениях. До сих пор мы узнали, что микроконтроллеры интегрируют ЦП в чип с несколькими другими периферийными устройствами, в то время как микропроцессор состоит из ЦП с проводными соединениями с другими вспомогательными чипами. Хотя может быть некоторое совпадение, микропроцессоры и микроконтроллеры имеют относительно отдельные и разные приложения. Микропроцессоры зависят от взаимодействия ряда дополнительных микросхем для формирования микрокомпьютерной системы. Они часто используются в персональных компьютерах, где пользователям требуются мощные, высокоскоростные процессоры с универсальными возможностями, поддерживающие ряд вычислительных приложений. Использование внешних периферийных устройств с микропроцессорами означает, что компоненты можно легко модернизировать — например, пользователь может заменить микросхему ОЗУ, чтобы воспользоваться дополнительной памятью. Программируемые микроконтроллеры содержат все компоненты микрокомпьютерной системы на одном чипе, который работает с низким энергопотреблением и выполняет специальную операцию. Микроконтроллеры чаще всего используются во встроенных системах, где ожидается, что устройства будут выполнять основные функции надежно и без вмешательства человека в течение длительных периодов времени.

Три ключевых различия между микроконтроллерами и микропроцессорами

Стоимость

Вообще говоря, микроконтроллеры, как правило, стоят дешевле, чем микропроцессоры. Микропроцессоры обычно производятся для использования с более дорогими устройствами, которые используют внешние периферийные устройства для повышения производительности. Они также значительно сложнее, поскольку предназначены для выполнения множества вычислительных задач, в то время как микроконтроллеры обычно выполняют специальную функцию. Это еще одна причина, по которой микропроцессорам требуется надежный источник внешней памяти — для поддержки более сложных вычислительных задач. С помощью микроконтроллера инженеры пишут и компилируют код, предназначенный для конкретного приложения, и загружают его в микроконтроллер, внутри которого находятся все необходимые вычислительные функции и компоненты для выполнения кода. Из-за их узкого индивидуального применения микроконтроллерам часто требуется меньше памяти, меньше вычислительной мощности и меньшая общая сложность, чем микропроцессорам, отсюда и более низкая стоимость.

Скорость

Когда дело доходит до общей тактовой частоты, существует значительная разница между ведущими в отрасли микропроцессорными микросхемами и высококачественными микроконтроллерами. Это восходит к идее, что микроконтроллеры предназначены для решения конкретной задачи или приложения, а микропроцессор предназначен для более сложных, надежных и непредсказуемых вычислительных задач. Одним из ключевых преимуществ микроконтроллеров является то, что их можно оптимизировать для выполнения кода для конкретной задачи. Это означает использование нужного количества скорости и мощности для выполнения работы — не больше и не меньше. В результате многие микропроцессоры имеют тактовую частоту до 4 ГГц, в то время как микроконтроллеры могут работать на гораздо более низких частотах — 200 МГц или меньше. В то же время непосредственная близость встроенных компонентов может помочь микроконтроллерам быстрее выполнять функции, несмотря на их меньшую тактовую частоту. Микропроцессоры иногда могут работать медленнее из-за их зависимости от связи с внешними периферийными устройствами.

Потребляемая мощность

Одним из ключевых преимуществ, связанных с микроконтроллерами, является их низкое энергопотребление. Компьютерный процессор, выполняющий выделенную задачу, требует меньшей скорости и, следовательно, меньшей мощности, чем процессор с высокой вычислительной мощностью. Энергопотребление играет важную роль при проектировании реализации: процессор, который потребляет много энергии, может нуждаться в подключении или поддержке от внешнего источника питания, тогда как процессор, который потребляет ограниченную мощность, может долгое время питаться от небольшого источника питания. батарея. Для задач, требующих малой вычислительной мощности, может быть гораздо выгоднее реализовать микроконтроллер по сравнению с микропроцессором, который потребляет гораздо больше энергии при том же выходе.

Встроенные системы и микроконтроллеры

Микроконтроллеры включают в себя множество функций, которые делают их подходящими для применения во встраиваемых системах:

Они автономны, включая все необходимые периферийные устройства на одном кристалле интегральной схемы
Они предназначены для запуска одного специального приложения
Их можно оптимизировать (программное и аппаратное обеспечение) для одного специального приложения
Они отличаются низким энергопотреблением и могут включать в себя функции энергосбережения, что делает их идеальными для приложений, требующих, чтобы процессор работал в течение длительного периода времени без вмешательства человека
Они относительно недороги по сравнению с центральными процессорами, главным образом потому, что вся система существует на одном чипе

Хотя микропроцессоры могут быть более мощными, эта дополнительная мощность обходится дорого, что делает микропроцессоры менее желательными для приложений встроенных систем: больший размер, большее энергопотребление и более высокая стоимость.

Сводка

В конечном итоге микроконтроллеры и микропроцессоры — это разные способы организации и оптимизации вычислительной системы на базе ЦП. В то время как микроконтроллер размещает ЦП и все периферийные устройства на одном чипе, микропроцессор содержит более мощный ЦП на одном чипе, который подключается к внешним периферийным устройствам. Микроконтроллеры оптимизированы для выполнения специализированных приложений с низким энергопотреблением, что идеально подходит для встроенных систем, в то время как микропроцессоры более полезны для общих вычислительных приложений, требующих более сложных и универсальных вычислительных операций. Если вы инженер встраиваемых систем и работаете над новым проектом с программируемыми микроконтроллерами, Total Phase предлагает инструменты, которые подойдут вам и вашим встраиваемым системам. От хост-адаптеров до анализаторов протоколов — мы можем помочь вам сэкономить время и энергию при отладке вашего продукта и сократить общее время выхода на рынок.