Mikroprocesor (MPU) lub mikrokontroler (MCU)

W świecie elektroniki wybór odpowiedniej jednostki obliczeniowej do projektu jest bardzo przydatna.Dwa popularne typy małych komputerów to jednostka mikrokontrolera (MCU) i jednostka mikroprocesora (MPU).Chociaż oba są używane w nowoczesnych urządzeniach, mają różne prace i mają specjalne funkcje.Zrozumienie różnic między MCU i MPU może pomóc Ci wybrać najlepszą opcję dla konkretnego projektu, niezależnie od tego, czy jest to proste zadanie kontrolne, czy złożony proces obadzenia danych.W tym artykule przyjrzy się funkcji, zastosowaniach i różnicach MCU i MPU, zapewniając kompletny przewodnik, który pomoże Ci dokonać inteligentnego wyboru.

Katalog

Rysunek 1: Mikroprocesor (MPU) i mikrokontroler (MCU) na płytce obwodu

Co to jest MPU i MCU?

MPU (jednostka mikroprocesorowa) i MCU (jednostka mikrokontrolera) są typami małych komputerów używanych w urządzeniach elektronicznych, ale działają inaczej i mają unikalne funkcje.

Jednostka mikrokontrolera (MCU)

Rysunek 2: Jednostka mikrokontrolera (MCU)

MCU to mały układ komputerowy wykonany do obsługi określonych zadań w wbudowanym systemie.Łączy centralną jednostkę przetwarzającą (CPU), pamięć i inne części na jednym układie.CPU działa jak mózg MCU, przeprowadzając instrukcje z oprogramowania.Pamięć w MCU zwykle zawiera zarówno pamięć RAM (dla tymczasowego przechowywania danych), jak i pamięć flash (do przechowywania kodu oprogramowania, który uruchamia MCU).Części wbudowane w MCU mogą obejmować liczniki czasu, interfejsy komunikacyjne (takie jak UART, I2C, SPI), konwertery analogowo-cyfrowe (ADC), przetwórki cyfrowo-analogowe (DAC) i inne wejściowe/wyjściowe (I/O)funkcje.

MCU są zaprojektowane do wykonywania określonych zadań kontrolnych w systemach osadzonych, takich jak zarządzanie czujnikami, sterowanie silnikami, obsługa interfejsów użytkownika lub zbieranie danych.Są one powszechnie używane w aplikacjach, w których rozmiar, zużycie energii i koszty są ważne.Przykłady obejmują urządzenia domowe, systemy samochodowe, urządzenia medyczne i automatyzację przemysłową.

Jednostka mikroprocesora (MPU)

Rysunek 3: Jednostka mikroprocesora (MPU)

MPU jest mocniejszą i elastyczną jednostką przetwarzającą w porównaniu z MCU.W przeciwieństwie do MCU, MPU nie ma pamięci i innych części wbudowanych w ten sam układ.Zamiast tego opiera się na zewnętrznych komponentach pamięci (takich jak RAM i ROM) i innych częściach.Ta konfiguracja pozwala MPU oferować większą moc obliczeniową i elastyczność, dzięki czemu nadają się do bardziej złożonych i wymagających aplikacji.

CPU w MPU jest zazwyczaj bardziej zaawansowany, co jest w stanie obsługiwać wiele zadań i uruchamiać systemy operacyjne, takie jak Linux lub Windows.To sprawia, że ​​MPU są idealne do aplikacji, które wymagają dużej mocy obliczeniowej, możliwości wielozadaniowości i obszernego obsługi oprogramowania.Przykłady obejmują komputery osobiste, smartfony, tablety i wysokiej klasy wbudowane systemy.

Różnice podstawowe

Funkcja	MCU	MPU
Pamięć	Pamięć flash na chipie	Zewnętrzny DRAM i NVM
Czas uruchamiania	Szybko	Wolniej z powodu pamięci zewnętrznej
Zasilacz	Szyna pojedynczego napięcia	Wiele szyn napięcia
Interfejsy peryferyjne	Ograniczone do zintegrowanych peryferyjnych	Rozległe opcje łączności zewnętrznej
Przypadki użycia	Systemy wbudowane, aplikacje w czasie rzeczywistym	Złożone aplikacje oparte na systemie operacyjnym, wysoka przepustowość danych

Perspektywa aplikacji

Rycina 4: Porównanie MPU (jednostka mikroprocesora) i MCU (jednostka mikrokontrolera)

Pamięć i wydajność

Patrząc na pamięć i wydajność jednostek mikrokontrolerów (MCU) i jednostek mikroprocesorów (MPU), ważne jest, aby zrozumieć różnice w tym, co mogą zrobić i gdzie są one zwykle używane.

MCU są zbudowane z ograniczoną pamięcią, zwykle około 2 megabajtów pamięci programu.Ta niewielka ilość pamięci ogranicza złożoność aplikacji, które mogą uruchomić.Ograniczona pamięć wpływa nie tylko na wielkość programów, które można wykonać, ale także ilość danych, które można przetwarzać i przechowywać.MCU są przeznaczone do zadań wymagających minimalnej pamięci i mocy przetwarzania, co czyni je idealnymi do prostych, powtarzalnych zadań, takich jak kontrolowanie czujników, zarządzanie funkcjami sprzętowymi niskiego poziomu i wykonywanie systemów sterowania w czasie rzeczywistym.

Z drugiej strony MPU mają dostęp do znacznie większych ilości pamięci, często setki megabajtów, a nawet gigabajtów DRAM i NAND.Ta duża pojemność pamięci pozwala MPU do obsługi bardziej złożonych i wymagających zasobów aplikacji.Dodatkowa pamięć obsługuje zaawansowane funkcje, takie jak uruchamianie systemów operacyjnych, przetwarzanie dużych zestawów danych, wykonywanie złożonych algorytmów i jednocześnie obsługa wielu zadań.Duża pamięć i moc przetwarzania sprawiają, że MPU są odpowiednie dla aplikacji takich jak przetwarzanie multimedialne, złożone interfejsy użytkownika i zadania obliczeniowe o wysokiej wydajności.

Główna różnica w pojemności pamięci między MCU i MPU bezpośrednio wpływa na ich wydajność i rodzaje zastosowań, do których są odpowiednie.MCU, z ich ograniczoną pamięcią, doskonale nadają się do środowisk, w których potrzebna jest wydajność i prostota, podczas gdy MPU są lepsze w sytuacjach wymagających wysokiej mocy obliczeniowej i znacznych zasobów pamięci.To rozróżnienie określa rolę, jaką odgrywa każda z systemów elektronicznych, przy czym MCU koncentrują się na kontroli i prostej automatyzacji, a MPU obsługują wyrafinowane zadania obliczeniowe i przetwarzające.

Interfejs użytkownika (interfejs użytkownika)

Jednostki mikrokontrolera (MCU) są idealne do prostych interfejsów użytkownika (UIS), które nie wymagają ekranów o wysokiej rozdzielczości.Są opłacalne i wydajne w przypadku podstawowych zadań.MCU zwykle ma ograniczoną moc przetwarzania i pamięć, dzięki czemu nadaje się do kontrolowania prostych wyświetlaczy i obsługi prostych operacji wejściowych/wyjściowych.Przykłady aplikacji obejmują zegary cyfrowe, podstawowe termostaty i proste urządzenia, w których złożoność graficzna jest minimalna.

Jednostki mikroprocesorowe (MPU) są wymagane do obsługi złożonych i wysokiej rozdzielczości graficznych interfejsów użytkownika.MPU zapewniają większą moc obliczeniową i pamięć niż jednostki mikrokontrolerów (MCU), które są wymagane do zarządzania szczegółową grafiką, interfejsami dotykowymi i bardziej zaawansowanymi interakcjami użytkownika.Są one często używane w urządzeniach, które zawierają osadzone kontrolery LCD z cienkim filmie (TFT), które są niezbędne do renderowania wysokiej jakości obrazów i wideo.Aplikacje korzystające z MPU obejmują smartfony, tablety, zaawansowane urządzenia medyczne i motoryzacyjne systemy informacyjno -rozrywkowe.

MCUS i MPU służą różnym celom w zależności od złożoności interfejsu użytkownika i wymagań graficznych.MCU są odpowiednie do prostszych interfejsów o niskiej rozdzielczości, podczas gdy MPU są potrzebne do bardziej złożonych i wysokiej rozdzielczości interfejsów graficznych.

Łączność

Jednostki mikrokontrolera (MCU) zazwyczaj obejmują wspólne interfejsy obwodowe, takie jak GPIO (wejście/wyjście ogólne), UART (uniwersalny odbiornik asynchroniczny/nadajnik), SPI (szeregowy interfejs obwodowy) i I2C (obwód międzyintegrowany).Te interfejsy są odpowiednie dla wielu podstawowych zadań kontrolnych, ale mają ograniczenia podczas obsługi szybkiej komunikacji danych.Warunkowy projekt MCU priorytetowo traktuje prostotę i opłacalność, często powodując wolniejsze prędkości przetwarzania i ograniczoną pamięć.W związku z tym starają się skutecznie zarządzać zadaniami wymagającymi szybkiego przesyłania danych.

Natomiast mikroprocesory (MPU) są zaprojektowane do obsługi bardziej złożonych i wymagających danych.MPU są wyposażone w szybkie urządzenia komunikacyjne, takie jak porty USB 2.0 i Ethernet.Te urządzenia peryferyjne umożliwiają MPU obsługę szybszych prędkości transferu danych, dzięki czemu są dobrze odpowiednie dla aplikacji wymagających solidnych możliwości obsługi danych.MPU często mają wyższą moc przetwarzania i bardziej rozległe zasoby pamięci, co dodatkowo zwiększa ich zdolność do skutecznego zarządzania szybkiej komunikacji danych.

Architektura MPU pozwala na lepsze obsługę zadań, takich jak przetwarzanie multimedialne, sieci i analizy danych w czasie rzeczywistym.Ta zdolność jest szczególnie przydatna w scenariuszach, w których duże ilości danych muszą być przetwarzane szybko i niezawodnie, na przykład w zaawansowanych systemach automatyzacji, wyrafinowanej elektroniki użytkowej i systemach kontroli przemysłowej.

Podczas gdy MCU są doskonałe w przypadku prostych, tanich aplikacji o ograniczonych potrzebach komunikacji danych, MPU zapewnia niezbędną wydajność i łączność w przypadku bardziej wymagających zadań.To rozróżnienie sprawia, że ​​MPU jest preferowanym wyborem dla szybkich aplikacji, zapewniających efektywne i skuteczne zarządzanie danymi.

Tryby mocy i wydajność

Zużycie energii

Mikrokontrolery (MCU) zwykle zużywają mniej mocy niż mikroprocesory (MPU).Wynika to z faktu, że MCU są produkowane do efektywnej pracy z niewielką energią, często mając różne tryby o niskiej mocy, aby bateria będzie działać dłużej.Te tryby o niskiej mocy pozwalają MCU obniżyć moc, gdy system nie jest zajęty lub wykonywanie prostych zadań.Z tego powodu MCU są świetne w przypadku urządzeń i sytuacji zasilanych baterią, w których oszczędzanie energii jest bardzo ważne.

Z drugiej strony mikroprocesory (MPU) zwykle mają większe zużycie energii ze względu na ich bardziej złożoną architekturę i potrzebę większej mocy obliczeniowej.MPU często obsługują bardziej wymagające zadania i prowadzą wyrafinowane systemy operacyjne, które wymagają większej energii.Dlatego uwzględniają zaawansowane techniki zarządzania energią w celu optymalizacji zużycia energii bez uszczerbku dla wydajności.MPU lepiej nadają się do zastosowań, w których wydajność jest głównym problemem, a zużycie energii jest mniejszym ograniczeniem, na przykład w obliczeniach o wysokiej wydajności, serwerach i niektórych rodzajach systemów osadzonych.

Moc przetwarzania

MCU są przeznaczone do zadań wymagających spójnych i terminowych odpowiedzi.Poniżej przodują w środowiskach, takich jak wbudowane systemy do kontroli motoryzacyjnej, automatyzacji przemysłowej i urządzeń domowych.Jednostki te zazwyczaj działają na kodzie gołym metalowym lub systemie operacyjnym w czasie rzeczywistym (RTOS), który pozwala im skutecznie obsługiwać przetwarzanie w czasie rzeczywistym.Deterministyczna natura MCU oznacza, że ​​mogą przewidywalnie zarządzać zadaniami w określonych ograniczeniach czasowych, co czyni je idealnymi do zastosowań.

Z drugiej strony MPU są odpowiednie do aplikacji wymagających wyższej siły obliczeniowej.Są one zdolne do uruchamiania pełnoprawnych systemów operacyjnych, takich jak Linux lub Android, zapewniając szerszy zakres funkcji w porównaniu z MCU.MPU znajdują się w bardziej złożonych systemach, takich jak smartfony, tablety i zaawansowane systemy osadzone.Oferują moc przetwarzania niezbędną do obsługi dużych zestawów danych, uruchamiania wielu aplikacji jednocześnie i wykonywania intensywnych obliczeń.

Wybór między MCU a MPU zależy od tego, czego potrzebuje Twoja aplikacja.W przypadku zadań wymagających szybkich i przewidywalnych odpowiedzi MCU są właściwym wyborem.W przypadku aplikacji, które wymagają dużej mocy obliczeniowej i mogą uruchamiać pełne systemy operacyjne, MPU są bardziej odpowiednie.

Wybór między MCU i MPU

Przy podejmowaniu decyzji między jednostką mikrokontrolera (MCU) a jednostką mikroprocesorową (MPU) dla aplikacji należy wziąć pod uwagę kilka czynników, aby zapewnić właściwy wybór.

• Złożoność aplikacji

W przypadku prostszych zadań, które są przede wszystkim zorientowane na sterowanie, takie jak czujniki operacyjne, sterowanie silnikami lub zarządzanie prostymi wejściami użytkownika, MCU jest zazwyczaj wystarczające.MCU są zaprojektowane do określonych zadań o niskiej złożoności i są wydajne w obsłudze ich z zintegrowanymi peryferyjami i pamięcią.

Z drugiej strony, jeśli Twoja aplikacja jest złożona i intensywnie, takich jak uruchamianie zaawansowanych algorytmów, obsługa dużych zestawów danych lub przetwarzanie szybkich strumieni danych, MPU jest bardziej odpowiednie.MPU mają wyższą moc obliczeniową i mogą zarządzać złożonymi zadaniami i ciężkimi obciążeniami obliczeniowymi bardziej skutecznie niż MCU.

• Wymagania interfejsu użytkownika

Wybór między MCU a MPU może również zależeć od wymagań interfejsu użytkownika aplikacji.W przypadku aplikacji z podstawowymi wyświetlaczami, takimi jak proste tekst lub podstawowe wyjście graficzne, MCU może skutecznie zarządzać tymi zadaniami.MCU mogą obsługiwać ekrany o niskiej rozdzielczości i proste interfejsy graficzne bez większego obciążenia ich możliwości przetwarzania.

Jeśli jednak Twoja aplikacja wymaga zaawansowanych interfejsów graficznych, takich jak ekrany o wysokiej rozdzielczości, złożone animacje lub interaktywne ekrany dotykowe, MPU jest lepszym wyborem.MPU są zaprojektowane do obsługi bardziej wyrafinowanego przetwarzania graficznego i mogą obsługiwać wyświetlacze o wysokiej rozdzielczości i bogate interfejsy użytkownika.

• Zużycie energii

Zużycie energii jest kolejnym wielkim czynnikiem wyboru między MCU a MPU.W przypadku zastosowań, w których materiały o niskiej mocy, takie jak urządzenia operowane baterią lub systemy oszczędzania energii, MCU są idealne.MCU są produkowane z użycia mniejszej mocy, dzięki czemu są odpowiednie do zastosowań, w których potrzebna jest oszczędność energii.

Jeśli wydajność ma pierwszeństwo przed zużyciem energii w aplikacji, MPU jest odpowiednim wyborem.MPU zwykle zużywają większą moc ze względu na ich wyższe możliwości przetwarzania i wsparcie dla złożonych zadań, ale oferują wydajność potrzebną do wymagających aplikacji.

• Potrzeby łączności

Na koniec rozważ wymagania dotyczące łączności aplikacji.Jeśli Twoja aplikacja obejmuje szybką komunikację, wiele interfejsów peryferyjnych lub rozległe możliwości sieciowe, MPU jest lepiej przygotowany do zaspokojenia tych potrzeb.MPU obsługują różne szybkie protokoły komunikacji i mogą jednocześnie zarządzać wieloma peryferyjami, dzięki czemu są odpowiednie dla aplikacji wymagających solidnej łączności.

Przykłady: Arduino vs. Raspberry Pi

Rysunek 5: Arduino Uno i Raspberry Pi

Arduino i Raspberry Pi to dwie popularne platformy projektów elektronicznych, z których każda ma unikalne mocne strony i zastosowania.Zrozumienie ich różnic pomaga ustalić, który z nich lepiej nadaje się do konkretnego projektu.

Arduino jest zbudowane wokół mikrokontrolera.Mikrokontroler to kompaktowy zintegrowany obwód zaprojektowany do zarządzania określoną operacją w systemie wbudowanym.To sprawia, że ​​Arduino jest idealne do prostych zadań kontrolnych.Wyróżnia się w zadaniach wymagających precyzyjnego rozrządu i działania w czasie rzeczywistym, takich jak odczyt danych czujnika, sterowanie silnikami i zarządzanie wyświetlaczami LED.Platforma Arduino znana jest z łatwości użytkowania, z prostym środowiskiem programowania, które umożliwia szybkie prototypowanie i wdrażanie.Jego prostota czyni go ulubionym dla początkujących i edukacyjnych, a także dla projektów, w których niskie zużycie energii jest priorytetem.

Z drugiej strony Raspberry Pi oparta jest na mikroprocesorze, który jest bardziej złożonym i mocnym zintegrowanym obwodem zdolnym do obsługi wielu zadań jednocześnie.To sprawia, że ​​Raspberry Pi nadaje się do bardziej złożonych zadań wymagających wyższej mocy obliczeniowej.Uruchamia pełny system operacyjny, zazwyczaj wersję Linux, umożliwiając jej wykonywanie zadań podobnych do komputera stacjonarnego.Raspberry Pi może obsługiwać przeglądanie internetowe, przesyłanie strumieniowe wideo, a nawet uruchamiać oprogramowanie takie jak edytory tekstu i arkusze kalkulacyjne.Jego zdolność do interfejsu z różnymi urządzeniami peryferyjnymi i obsługą wielu języków programowania sprawiają, że jest wszechstronna dla szerokiej gamy aplikacji, od automatyzacji domowej i robotyki po centra mediów i serwery sieciowe.

Arduino, z mikrokontrolerem, jest najlepszy do prostych zadań sterowania w czasie rzeczywistym, podczas gdy Raspberry Pi z mikroprocesorem nadaje się do bardziej złożonych zastosowań wymagających dużej mocy obliczeniowej.Znajomość tych podstawowych różnic pomaga wybrać odpowiednią platformę dla potrzeb projektu.

Wniosek

Wybór między jednostką mikroprocesora (MPU) a jednostką mikrokontrolera (MCU) zależy od tego, czego potrzebuje Twój projekt.MCU są idealne do prostych zadań, które wymagają niskiej mocy i są tanie.Są świetne do zadań, w których oszczędzanie energii i utrzymanie prostej sprawy, podobnie jak w urządzeniach domowych, systemach samochodowych i podstawowych sterowania użytkownika.W ręku MPU zapewniają większą moc obliczeniową i elastyczność, co czyni je dobrymi do skomplikowanych i ciężkich zadań.Mogą obsługiwać wysokiej jakości grafikę, zaawansowane obliczenia i wielozadaniowość, które są przydatne dla urządzeń takich jak smartfony, tablety i systemy wysokiej klasy.Znajomość tych różnic pomaga wybrać odpowiednią część swojego projektu, upewniając się, że działa dobrze i wydajnie.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Czy mikrokontroler może zastąpić mikroprocesor?

Nie, mikrokontroler nie może zastąpić mikroprocesora w zadaniach wymagających wysokiej mocy obliczeniowej i złożonych systemów operacyjnych.Mikrokontrolery są przeznaczone do określonych, prostych zadań sterowania ze zintegrowanymi peryferyjami, podczas gdy mikroprocesory obsługują bardziej wymagające aplikacje z komponentami zewnętrznymi.

2. Czy Mikrokontroler lub mikroprocesor?

Raspberry Pi jest mikroprocesorem.Wykorzystuje jednostkę mikroprocesorową (MPU) i obsługuje pełny system operacyjny, dzięki czemu nadaje się do złożonych zadań wymagających wysokiej mocy przetwarzania i możliwości wielozadaniowości.

3. Jaka jest różnica między MCU i MPU?

MCU (jednostka mikrokontrolera) integruje procesor, pamięć i peryferyjne na jednym układie, zaprojektowanym do określonych zadań sterowania.MPU (jednostka mikroprocesora) opiera się na zewnętrznych komponentach pamięci i peryferyjnych, oferując większą moc obliczeniową i elastyczność dla złożonych zastosowań.

4. Co jest szybsze, mikroprocesor lub mikrokontroler?

Mikroprocesor jest na ogół szybszy niż mikrokontroler.Mikroprocesory są zaprojektowane do szybkiego przetwarzania danych i mogą obsługiwać bardziej złożone zadania, podczas gdy mikrokontrolery są zoptymalizowane pod kątem określonych zadań kontrolnych o niższych wymaganiach dotyczących przetwarzania.

5. Czy mikrokontroler jest procesorem?

Mikrokontroler zawiera procesor wraz z pamięcią i peryferyjami na jednym układie.Chociaż ma procesor jako część swojej architektury, nie jest to tylko procesor;Jest to kompletny system obliczeniowy zaprojektowany do określonych zadań.