Mikroprocesor (MPU) alebo mikrokontrolér (MCU)
Vo svete elektroniky je veľmi užitočné výber správnej výpočtovej jednotky pre váš projekt.Dva populárne typy malých počítačov sú mikrokontrolérová jednotka (MCU) a mikroprocesorová jednotka (MPU).Aj keď sa obe používajú v moderných zariadeniach, majú rôzne pracovné miesta a prichádzajú so špeciálnymi funkciami.Pochopenie rozdielov medzi MCUS a MPU vám môže pomôcť zvoliť najlepšiu voľbu pre váš konkrétny projekt, či už ide o jednoduchú úlohu riadenia alebo zložitý proces náročný na údaje.Tento článok sa zameriava na funkcie, použitia a rozdiely v MCUS a MPUS, čo vám poskytne kompletný sprievodca, ktorý vám pomôže pri výbere inteligentnej voľby.
Katalóg
Obrázok 1: Mikroprocesor (MPU) a mikrokontrolér (MCU) na doske obvodu
Čo je to MPU a MCU?
MPU (mikroprocesorová jednotka) a MCU (mikrokontrolérová jednotka) sú typy malých počítačov používaných v elektronických zariadeniach, ale fungujú inak a majú jedinečné vlastnosti.
Mikrokontrolárová jednotka (MCU)
Obrázok 2: Mikrokontrolérová jednotka (MCU)
MCU je malý počítačový čip vyrobený na zvládnutie konkrétnych úloh v zabudovanom systéme.Kombinuje centrálnu spracovateľskú jednotku (CPU), pamäť a ďalšie časti na jednom čipe.CPU pôsobí ako mozog MCU a vykonáva pokyny zo softvéru.Pamäť v MCU zvyčajne obsahuje RAM (pre dočasné ukladanie údajov) a pamäť flash (na ukladanie softvérového kódu, ktorý spúšťa MCU).Časti zabudované do MCU môžu zahŕňať časovače, komunikačné rozhrania (ako UART, I2C, SPI), analógovo-digitálne prevodníky (ADC), prevodníky digitálnych na analóg (DAC) a ďalšie vstupné/výstup (I/O)funkcie.
MCU sú navrhnuté tak, aby vykonávali špecifické riadiace úlohy v zabudovaných systémoch, ako sú riadenie senzorov, riadenie motorov, manipulácia s používateľskými rozhraniami alebo zhromažďovanie údajov.Bežne sa používajú v aplikáciách, kde je dôležitá veľkosť, využívanie energie a náklady.Príklady zahŕňajú domáce spotrebiče, systémy automobilov, zdravotnícke pomôcky a priemyselná automatizácia.
Mikroprocesorová jednotka (MPU)
Obrázok 3: Mikroprocesorová jednotka (MPU)
MPU je výkonnejšia a flexibilnejšia jednotka spracovania v porovnaní s MCU.Na rozdiel od MCU nemá MPU pamäť a ďalšie časti zabudované do toho istého čipu.Namiesto toho sa spolieha na externé komponenty pre pamäť (napríklad RAM a ROM) a ďalšie časti.Toto nastavenie umožňuje MPU ponúkať väčší výkon a flexibilitu spracovania, vďaka čomu sú vhodné pre zložitejšie a náročnejšie aplikácie.
CPU v rámci MPU je zvyčajne pokročilejší, schopný zvládnuť viacero úloh a spúšťať operačné systémy, ako sú Linux alebo Windows.Vďaka tomu je MPU ideálnym pre aplikácie, ktoré si vyžadujú veľa výpočtovej energie, multitasking schopností a rozsiahlu softvérovú podporu.Príklady zahŕňajú osobné počítače, smartfóny, tablety a špičkové zabudované systémy.
Primárne rozdiely
|
Funkcia |
Mcu |
Mrežáčka |
|
Pamiatka |
Pamäť flash na čipe |
Externá dráma a NVM |
|
Začínajúci čas |
Rýchly |
Pomalšie kvôli externej pamäti |
|
Napájanie |
Jednosmerná koľajnica |
Viac koľajníc |
|
Periférne rozhrania |
Obmedzené na integrované periférie |
Rozsiahle možnosti externého pripojenia |
|
Prípady |
Vstavané systémy, aplikácie v reálnom čase |
Komplexné aplikácie založené na OS, vysoká priepustnosť údajov |
Pohľad
Obrázok 4: Porovnanie MPU (mikroprocesorová jednotka) a MCU (mikrokontrolér)
Pamäť a výkon
Pri pohľade na pamäť a výkon pre jednotky mikrokontrolérov (MCUS) a mikroprocesorových jednotiek (MPU) je dôležité porozumieť rozdielom v tom, čo môžu robiť a kde sa zvyčajne používajú.
MCU sú postavené s obmedzenou pamäťou, zvyčajne okolo 2 megabajtov programu na čipe.Toto malé množstvo pamäte obmedzuje zložitosť aplikácií, ktoré môžu spustiť.Obmedzená pamäť ovplyvňuje nielen veľkosť programov, ktoré je možné vykonať, ale aj množstvo údajov, ktoré je možné spracovať a uložiť.MCU sú navrhnuté pre úlohy, ktoré si vyžadujú minimálnu pamäťovú a spracovaciu silu, vďaka čomu sú ideálne pre jednoduché, opakujúce sa úlohy, ako sú ovládanie senzorov, správa hardvérových funkcií nízkej úrovne a vykonávanie riadiacich systémov v reálnom čase.
Na druhej strane MPU majú prístup k oveľa väčšiemu množstvu pamäti, často stovky megabajtov alebo dokonca gigabajtov DRAM a NAND.Táto veľká kapacita pamäte umožňuje MPU zvládnuť zložitejšie a náročnejšie aplikácie.Extra pamäť podporuje pokročilé funkcie, ako sú prevádzkové systémy, spracovanie veľkých súborov údajov, vykonávanie zložitých algoritmov a súčasne spracovanie viacerých úloh.Vďaka veľkej pamäte a spracovateľským výkonom MPU je vhodné pre aplikácie, ako je multimediálne spracovanie, zložité používateľské rozhrania a vysoko výkonné výpočtové úlohy.
Hlavný rozdiel v kapacite pamäte medzi MCUS a MPUS priamo ovplyvňuje ich výkon a typy aplikácií, pre ktoré sú vhodné.MCUS, s obmedzenou pamäťou, sú skvelé pre prostredia, v ktorých je potrebná účinnosť a jednoduchosť, zatiaľ čo MPU sú lepšie pre situácie, ktoré si vyžadujú vysokú výpočtovú silu a značné zdroje pamäte.Toto rozlíšenie definuje úlohy, z ktorých každá hrá v elektronických systémoch, pričom MCU sa zameriava na riadenie a jednoduchú automatizáciu a MPUS manipuluje so sofistikovanými výpočtovými a spracovateľskými úlohami.
Používateľské rozhranie (používateľské rozhranie)
Mikrokontrolérové jednotky (MCUS) sú ideálne pre jednoduché používateľské rozhrania (UIS), ktoré nevyžadujú obrazovky s vysokým rozlíšením.Sú nákladovo efektívne a efektívne pre základné úlohy.MCU má zvyčajne obmedzený výkon spracovania a pamäť, vďaka čomu je vhodný na riadenie jednoduchých displejov a manipuláciu s priamymi vstupnými/výstupnými operáciami.Príklady aplikácií zahŕňajú digitálne hodiny, základné termostaty a jednoduché zariadenia, kde je grafická zložitosť minimálna.
Mikroprocesorové jednotky (MPU) sú potrebné na zvládnutie komplexných grafických používateľských rozhraní a grafických používateľských rozhraní s vysokým rozlíšením.MPUS poskytuje viac napájania a pamäť spracovania ako jednotky mikrokontrolérov (MCUS), ktoré sú potrebné na správu podrobnej grafiky, dotykových rozhraní a pokročilejších interakcií používateľov.Často sa používajú v zariadeniach, ktoré zahŕňajú ovládače LCD vloženého tenkého filmového tranzistora (TFT), ktoré sú potrebné na vykreslenie vysokokvalitných obrázkov a videa.Aplikácie, ktoré používajú MPU, zahŕňajú smartfóny, tablety, pokročilé zdravotnícke pomôcky a automobilové infotainmentové systémy.
MCUS a MPUS slúžia na rôzne účely založené na zložitosti používateľského rozhrania a grafických požiadaviek.MCU sú vhodné pre jednoduchšie rozhrania s nízkym rozlíšením, zatiaľ čo MPU sú potrebné pre zložitejšie grafické rozhrania a vysoké rozlíšenie.
Konektivita
Mikrokontrolérové jednotky (MCUS) zvyčajne zahŕňajú bežné periférne rozhrania, ako je GPIO (všeobecný vstup/výstup), UART (univerzálny asynchrónny prijímač/vysielač), SPI (sériové periférne rozhranie) a I2C (inter-integrovaný obvod).Tieto rozhrania sú primerané pre mnoho základných riadiacich úloh, ale majú obmedzenia pri spracovaní vysokorýchlostnej dátovej komunikácie.Inherentný návrh MCUS uprednostňuje jednoduchosť a nákladovú efektívnosť, čo často vedie k pomalším rýchlostiam spracovania a obmedzenej pamäti.V dôsledku toho sa snažia efektívne riadiť úlohy, ktoré si vyžadujú rýchlu mieru prenosu údajov.
Naopak, mikroprocesorové jednotky (MPU) sú navrhnuté tak, aby zvládli zložitejšie a náročnejšie aplikácie náročné na dáta.MPU sú vybavené vysokorýchlostnými komunikačnými periférnymi zariadeniami, ako sú USB 2.0 a Ethernet porty.Tieto periférne zariadenia umožňujú MPU podporovať rýchlejšie miery prenosu údajov, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú robustné schopnosti spracovania údajov.MPUS má často vyššiu výkonnosť spracovania a rozsiahlejšie zdroje pamäte, čo ďalej zvyšuje ich schopnosť efektívne riadiť vysokorýchlostnú dátovú komunikáciu.
Architektúra MPU umožňuje lepšie riešenie úloh, ako je multimediálne spracovanie, vytváranie sietí a analýza údajov v reálnom čase.Táto schopnosť je obzvlášť užitočná v scenároch, v ktorých je potrebné rýchlo a spoľahlivo spracovať veľké množstvo údajov, napríklad v pokročilých automatizačných systémoch, sofistikovanej spotrebnej elektronike a systémoch priemyselnej kontroly.
Zatiaľ čo MCU sú vynikajúce pre jednoduché, lacné aplikácie s obmedzenými potrebami komunikácie s dátovými komunikáciami, MPU poskytuje potrebný výkon a pripojenie pre náročnejšie úlohy.Vďaka tomuto rozlíšeniu je MPU výhodnejšou voľbou pre vysokorýchlostné aplikácie náročné na dáta, čím sa zabezpečuje efektívna a efektívna správa údajov.
Režimy a výkon
Spotreba energie
Mikrokontroléry (MCUS) zvyčajne používajú menej energie ako mikroprocesory (MPU).Dôvodom je skutočnosť, že MCUS je vyrobená tak, aby pracovala efektívne s malou energiou, často s rôznymi režimami nízkych výkonov, aby sa batéria vydržala dlhšie.Tieto režimy s nízkym výkonom umožňujú MCU znížiť svoju energiu, keď systém nie je zaneprázdnený alebo vykonáva jednoduché úlohy.Z tohto dôvodu sú MCUS skvelé pre zariadenia a situácie poháňané batériou a situácie, keď je veľmi dôležitá úspora energie.
Na druhej strane, mikroprocesory (MPU) majú vo všeobecnosti vyššiu spotrebu energie v dôsledku ich zložitejšej architektúry a potreby väčšej výpočtovej sily.MPU často spracováva náročnejšie úlohy a prevádzkuje sofistikované operačné systémy, ktoré si vyžadujú viac energie.Preto začleňujú pokročilé techniky riadenia energie na optimalizáciu využitia energie bez ohrozenia výkonu.MPU sú vhodnejšie pre aplikácie, v ktorých je výkonnosť hlavným problémom a spotreba energie je menšia obmedzenie, napríklad pri vysokovýkonných výpočtoch, serveroch a určitých typoch zabudovaných systémov.
Spracovateľská sila
MCU sú navrhnuté pre úlohy, ktoré si vyžadujú konzistentné a včasné reakcie.Vynikajú v prostrediach, ako napríklad v zabudovaných systémoch pre automobilovú kontrolu, priemyselnú automatizáciu a domáce spotrebiče.Tieto jednotky zvyčajne prevádzkujú na čísle holého kovového kódu alebo operačného systému v reálnom čase (RTO), ktorý im umožňuje efektívne spracovať spracovanie v reálnom čase.Deterministická povaha MCU znamená, že dokážu predvídateľne riadiť úlohy v rámci konkrétnych časových obmedzení, čo ich robí ideálnymi pre aplikácie.
Na druhej strane, MPU sú vhodné pre aplikácie požadujúce vyššiu výpočtovú silu.Sú schopné prevádzkovať plnohodnotné operačné systémy, ako je Linux alebo Android, a poskytujú rozsiahlejšiu škálu funkcií v porovnaní s MCU.MPU sa nachádzajú v zložitejších systémoch, ako sú smartfóny, tablety a pokročilé zabudované systémy.Ponúkajú spracovateľský výkon potrebný na spracovanie veľkých súborov údajov, spustenie viacerých aplikácií súčasne a vykonávanie intenzívnych výpočtov.
Výber medzi MCU a MPU závisí od toho, čo vaša aplikácia potrebuje.Pre úlohy, ktoré si vyžadujú rýchle a predvídateľné reakcie, sú MCU tou správnou voľbou.V prípade aplikácií, ktoré potrebujú veľa spracovateľského výkonu a môžu prevádzkovať úplné operačné systémy, sú MPU vhodnejšie.
Výber medzi MCU a MPU
Pri rozhodovaní medzi jednotkou mikrokontroléru (MCU) a mikroprocesorkou (MPU) pre vašu aplikáciu je potrebné zvážiť niekoľko faktorov, aby sa zabezpečilo, že urobíte správny výber.
• Zložitosť aplikácie
Pre jednoduchšie úlohy, ktoré sú primárne orientované na riadenie, napríklad operačné senzory, riadenie motorov alebo správu jednoduchých vstupov používateľov, je zvyčajne dostatočná MCU.MCU sú navrhnuté pre špecifické úlohy s nízkou komplexnosťou a sú efektívne pri riešení ich integrovaných periférnych zariadení a pamäte.
Na druhej strane, ak je vaša aplikácia zložitá a náročná na dáta, napríklad spustenie pokročilých algoritmov, spracovanie veľkých súborov údajov alebo spracovanie vysokorýchlostných dátových tokov, MPU je vhodnejšia.MPU majú vyšší výkon spracovania a dokážu riadiť zložité úlohy a ťažké výpočtové zaťaženie efektívnejšie ako MCU.
• Požiadavky používateľského rozhrania
Výber medzi MCU a MPU môže tiež závisieť od požiadaviek používateľského rozhrania vašej aplikácie.V prípade aplikácií so základnými displejmi, ako je napríklad jednoduchý text alebo základný grafický výstup, môže tieto úlohy efektívne riadiť MCU.MCUS dokáže zvládnuť obrazovky s nízkym rozlíšením a jednoduché grafické rozhrania bez toho, aby sa zaťažili ich schopnosti spracovania.
Ak však vaša aplikácia vyžaduje pokročilé grafické rozhrania, ako sú obrazovky s vysokým rozlíšením, zložité animácie alebo interaktívne dotykové obrazovky, MPU je lepšou voľbou.MPU sú navrhnuté tak, aby zvládli sofistikovanejšie grafické spracovanie a mohli podporovať displeje s vysokým rozlíšením a bohaté používateľské rozhrania.
• Spotreba energie
Spotreba energie je ďalším veľkým faktorom pri výbere MCU a MPU.V prípade aplikácií, v ktorých záleží na nízkom využívaní energie, ako sú zariadenia s batériou alebo systémy na úsporu energie, sú ideálne MCU.MCU sú vyrobené tak, aby využívali menej energie, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie, v ktorých je potrebná úspora energie.
Ak výkon má vo vašej aplikácii prednosť pred spotrebou energie, MPU je vhodnou voľbou.MPU zvyčajne spotrebúva viac energie z dôvodu svojich vyšších schopností spracovania a podpory zložitých úloh, ale ponúkajú výkon potrebný na náročné aplikácie.
• Potreby pripojenia
Nakoniec zvážte požiadavky na pripojenie vašej aplikácie.Ak vaša aplikácia zahŕňa vysokorýchlostnú komunikáciu, viac periférnych rozhraní alebo rozsiahle možnosti vytvárania sietí, MPU je lepšie vybavená na riešenie týchto potrieb.MPUS podporuje rôzne vysokorýchlostné komunikačné protokoly a môže súčasne riadiť viacero periférnych zariadení, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie vyžadujúce robustné pripojenie.
Príklady: Arduino vs. Raspberry Pi
Obrázok 5: Arduino Uno a Raspberry Pi
Arduino a Raspberry Pi sú dve populárne platformy pre elektronické projekty, z ktorých každá má jedinečné silné stránky a aplikácie.Pochopenie ich rozdielov pomáha určiť, ktorý z nich je vhodnejší pre konkrétny projekt.
Arduino je postavené okolo mikrokontroléra.Mikrokontrolér je kompaktný integrovaný obvod určený na riadenie špecifickej operácie v zabudovanom systéme.Vďaka tomu je Arduino ideálnym pre jednoduché riadiace úlohy.Vyniká v úlohách, ktoré si vyžadujú presné načasovanie a prevádzku v reálnom čase, ako sú údaje snímača čítania, riadenie motorov a riadenie displejov LED.Platforma Arduino je známa svojou ľahkosťou použitia s priamym programovacím prostredím, ktoré umožňuje rýchle prototypovanie a nasadenie.Jeho jednoduchosť je obľúbenou pre začiatočníkov a vzdelávacie účely, ako aj pre projekty, v ktorých je priorita nízka spotreba energie.
Na druhej strane je Raspberry Pi založený na mikroprocesorovi, ktorý je zložitejším a výkonnejším integrovaným obvodom schopným zvládnuť viacero úloh súčasne.Vďaka tomu je Raspberry Pi vhodný pre zložitejšie úlohy, ktoré si vyžadujú vyšší výkon spracovania.Spúšťa celý operačný systém, zvyčajne verziu systému Linux, ktorý mu umožňuje vykonávať úlohy podobné stolnému počítaču.Raspberry Pi dokáže spracovať webové prehliadanie, streamovanie videa a dokonca spúšťať softvér, ako sú procesory a tabuľky Word.Jeho schopnosť prepojiť sa s rôznymi periférnymi zariadeniami a jeho podpora pre viacero programovacích jazykov je všestranná pre širokú škálu aplikácií, od domácej automatizácie a robotiky po mediálne centrá a sieťové servery.
Arduino so svojím mikrokontrolérom je najlepší pre jednoduché úlohy regulácie v reálnom čase, zatiaľ čo Raspberry Pi je so svojím mikroprocesorom vhodný pre zložitejšie aplikácie, ktoré potrebujú veľa spracovateľského výkonu.Poznanie týchto základných rozdielov vám pomôže zvoliť správnu platformu pre vaše potreby projektu.
Záver
Výber medzi mikroprocesorovou jednotkou (MPU) a jednotkou mikrokontrolérov (MCU) závisí od toho, čo potrebuje váš projekt.MCU sú ideálne pre jednoduché úlohy, ktoré potrebujú nízku energiu a sú lacné.Sú skvelé pre pracovné miesta, kde šetrenie energie a udržiavanie jednoduchých vecí, napríklad v domácich zariadeniach, systémoch automobilov a základných ovládacích prvkov používateľov.Na druhej strane vám MPU poskytuje väčšiu silu a flexibilitu spracovania, vďaka čomu sú dobré pre komplikované a údaje náročné na údaje.Dokážu zvládnuť vysoko kvalitnú grafiku, pokročilé výpočty a multitasking, ktoré sú užitočné pre zariadenia, ako sú smartfóny, tablety a špičkové systémy.Poznanie týchto rozdielov vám pomôže vybrať si správnu časť pre váš projekt a uistiť sa, že funguje dobre a efektívne.
Často kladené otázky [FAQ]
1. Môže mikrokontrolér nahradiť mikroprocesor?
Nie, mikrokontrolér nemôže nahradiť mikroprocesor v úlohách vyžadujúcich vysoké výpočtové a komplexné operačné systémy.Mikrokontroléry sú navrhnuté pre konkrétne, jednoduché riadiace úlohy s integrovanými periférnymi zariadeniami, zatiaľ čo mikroprocesory spracúvajú náročnejšie aplikácie s externými komponentmi.
2. Je Raspberry Pi mikrokontrolér alebo mikroprocesor?
Raspberry Pi je mikroprocesor.Používa mikroprocesorovú jednotku (MPU) a prevádzkuje celý operačný systém, vďaka čomu je vhodná pre zložité úlohy, ktoré vyžadujú vysoké schopnosti spracovania a multitasking.
3. Aký je rozdiel medzi MCU a MPU?
MCU (Microkontroller Unit) integruje CPU, pamäť a periférne zariadenia na jediný čip navrhnutý pre špecifické riadiace úlohy.MPU (mikroprocesorová jednotka) sa spolieha na externé komponenty pre pamäť a periférne zariadenia, ktoré ponúka väčší výkon spracovania a flexibilitu pre komplexné aplikácie.
4. Čo je rýchlejšie, mikroprocesor alebo mikrokontrolér?
Mikroprocesor je vo všeobecnosti rýchlejší ako mikrokontrolér.Mikroprocesory sú navrhnuté pre vysokorýchlostné spracovanie údajov a dokážu zvládnuť zložitejšie úlohy, zatiaľ čo mikrokontroléry sú optimalizované pre špecifické riadiace úlohy s nižšími požiadavkami na spracovanie.
5. Je mikrokontrolér procesor?
Mikrokontrolér obsahuje CPU spolu s pamäťou a periférnymi zariadeniami na jednom čipe.Aj keď má CPU ako súčasť svojej architektúry, nejde iba o procesor;Je to kompletný výpočtový systém určený pre konkrétne úlohy.