na 2024/07/17 508

Mikroprocesor (MPU) ali mikrokontroler (MCU)

V svetu elektronike je izbira prave računalniške enote za vaš projekt zelo koristna.Dve priljubljeni vrsti majhnih računalnikov sta enota mikrokontrolerja (MCU) in mikroprocesorska enota (MPU).Medtem ko se oba uporabljata v sodobnih napravah, imata različna delovna mesta in imata posebnosti.Razumevanje razlik med MCU-ji in MPU-jem vam lahko pomaga izbrati najboljšo možnost za vaš specifični projekt, ne glede na to, ali gre za preprosto nadzorno nalogo ali zapleten postopek, ki je veliko podatkov.Ta članek bo preučil funkcije, uporabo in razlike MCUS in MPU -jev, kar bo zagotovilo popoln vodnik, ki vam bo pomagal pri pametni izbiri.

Katalog

Slika 1: Mikroprocesor (MPU) in mikrokontroler (MCU) na vezju

Kaj je MPU in MCU?

MPU (mikroprocesorska enota) in MCU (mikrokontrolerska enota) sta obe vrsti majhnih računalnikov, ki se uporabljajo v elektronskih napravah, vendar delujejo drugače in imata edinstvene lastnosti.

Enota za mikrokontroler (MCU)

Slika 2: Enota za mikrokontroler (MCU)

An MCU je majhen računalniški čip, narejen za ravnanje z določenimi nalogami v vgrajenem sistemu.Združuje centralno procesno enoto (CPU), pomnilnik in druge dele vse na enem čipu.CPU deluje kot možgani MCU in izvaja navodila programske opreme.Pomnilnik v MCU običajno vključuje RAM (za začasno shranjevanje podatkov) in Flash pomnilnik (za shranjevanje programske kode, ki jo deluje MCU).Deli, vgrajeni v MCU, lahko vključujejo časovnike, komunikacijske vmesnike (kot so UART, I2C, SPI), analogno-digitalni pretvorniki (ADC), digitalni-analogni pretvorniki (DAC) in drugi vhod/izhod (I/O)funkcije.

MCU -ji so zasnovani tako, da izvajajo posebne kontrolne naloge v vgrajenih sistemih, kot so upravljanje senzorjev, nadzor motorjev, ravnanje z uporabniškimi vmesniki ali zbiranje podatkov.Običajno se uporabljajo v aplikacijah, kjer so pomembni velikost, poraba moči in stroški.Primeri vključujejo domače aparate, avtomobilske sisteme, medicinske pripomočke in industrijsko avtomatizacijo.

Mikroprocesorska enota (MPU)

Slika 3: Mikroprocesorska enota (MPU)

MPU je močnejša in prilagodljiva procesna enota v primerjavi z MCU.Za razliko od MCU MPU nima pomnilnika in drugih delov vgrajenih v isti čip.Namesto tega se opira na zunanje komponente za pomnilnik (na primer RAM in ROM) in druge dele.Ta nastavitev omogoča, da MPU -ji ponujajo večjo procesno moč in prilagodljivost, zaradi česar so primerni za bolj zapletene in zahtevne aplikacije.

CPU znotraj MPU -ja je običajno bolj napreden, sposoben je ravnati z več nalogami in izvajati operacijske sisteme, kot sta Linux ali Windows.Zaradi tega so MPU -ji idealni za aplikacije, ki zahtevajo veliko računske moči, večopravilnosti in obsežne programske podpore.Primeri vključujejo osebne računalnike, pametne telefone, tablične računalnike in vgrajene sisteme višjega cenovnega razreda.

Primarne razlike

Značilnost	MCU	MPU
Spomin	Flash pomnilnik na čipu	Zunanji dram in NVM
Čas za zagon	Hitro	Počasnejši zaradi zunanjega pomnilnika
Napajanje	Enotna napetostna tirnica	Več napetostnih tirnic
Periferni vmesniki	Omejena na integrirane periferne naprave	Obsežne možnosti zunanje povezljivosti
Primere uporabe	Vgrajeni sistemi, aplikacije v realnem času	Zapletene aplikacije, ki temeljijo na OS, visoka pretok podatkov

Perspektiva aplikacije

Slika 4: Primerjava MPU (mikroprocesorska enota) in MCU (enota mikrokontrolerja)

Spomin in zmogljivost

Ko gledate pomnilnik in zmogljivost za enote mikrokontrolerjev (MCU) in mikroprocesorske enote (MPU), je pomembno razumeti razlike v tem, kaj lahko počnejo in kje se običajno uporabljajo.

MCU-ji so zgrajeni z omejenim pomnilnikom, običajno približno 2 megabajta programskega pomnilnika na čipu.Ta majhna količina pomnilnika omejuje kompleksnost aplikacij, ki jih lahko zaženejo.Omejen pomnilnik ne vpliva samo na velikost programov, ki jih je mogoče izvesti, ampak tudi na količino podatkov, ki jih je mogoče obdelati in shraniti.MCUS je zasnovan za naloge, ki zahtevajo minimalen pomnilnik in procesno moč, zaradi česar so popolni za preproste, ponavljajoče se naloge, kot so nadzor senzorjev, upravljanje strojnih funkcij na nizki ravni in izvajanje sistemov za nadzor v realnem času.

Po drugi strani imajo MPU dostop do veliko večjih količin pomnilnika, pogosto na stotine megabajtov ali celo gigabajtov drama in nand.Ta velika pomnilniška zmogljivost omogoča, da MPU-ji obravnavajo bolj zapletene in vire intenzivne aplikacije.Dodatni pomnilnik podpira napredne funkcije, kot so delovanje operacijskih sistemov, obdelava velikih naborov podatkov, izvajanje kompleksnih algoritmov in hkrati ravnanje z več nalogami.Veliki pomnilnik in procesna moč naredijo MPU-ji primerni za aplikacije, kot so multimedijska obdelava, zapleteni uporabniški vmesniki in visokozmogljive računalniške naloge.

Glavna razlika v zmogljivosti pomnilnika med MCU -ji in MPU -jem neposredno vpliva na njihovo delovanje in vrste aplikacij, za katere so primerne.MCUS je z omejenim pomnilnikom odličen za okolja, kjer sta potrebna učinkovitost in preprostost, medtem ko so MPU boljši za situacije, ki zahtevajo visoko računsko moč in znatne vire pomnilnika.To razlikovanje določa vloge, ki jih vsaka igra v elektronskih sistemih, pri čemer se MCU -ji osredotočajo na nadzor in preprosto avtomatizacijo, ter MPU -ji, ki ravnajo s prefinjenimi računalniškimi in obdelovalnimi nalogami.

Uporabniški vmesnik (uporabniški vmesnik)

Mikrokontrolerske enote (MCU) so idealne za preproste uporabniške vmesnike (UI), ki ne potrebujejo zaslonov z visoko ločljivostjo.So stroškovno učinkovite in učinkovite za osnovne naloge.MCU ima običajno omejeno procesno moč in pomnilnik, zaradi česar je primeren za nadzor preprostih prikazov in ravnanje z neposrednimi vhodnimi/izhodnimi operacijami.Primeri aplikacij vključujejo digitalne ure, osnovne termostate in preproste naprave, kjer je grafična zapletenost minimalna.

Mikroprocesorske enote (MPU) so potrebne za ravnanje z zapletenimi in visoko ločljivostjo grafičnih uporabniških vmesnikov.MPU zagotavljajo večjo procesno moč in pomnilnik kot enote mikrokontrolerjev (MCU), ki je potrebna za upravljanje podrobnih grafik, vmesnikov na dotik in naprednejših uporabniških interakcij.Pogosto se uporabljajo v napravah, ki vključujejo vgrajene LCD krmilnike tranzistorja (TFT) (TFT), ki so potrebni za upodabljanje visokokakovostnih slik in videov.Aplikacije, ki uporabljajo MPU, vključujejo pametne telefone, tablete, napredne medicinske pripomočke in avtomobilske infozabavne sisteme.

MCUS in MPU služita različnim namenom, ki temeljijo na zapletenosti uporabniškega vmesnika in grafičnih zahtev.MCU-ji so primerni za enostavnejše vmesnike z nizko ločljivostjo, medtem ko so MPU-ji potrebni za bolj zapletene in visoko ločljive grafične vmesnike.

Povezljivost

Enote mikrokontrolerjev (MCUS) običajno vključujejo skupne periferne vmesnike, kot so GPIO (splošni vhod/izhod), UART (Univerzalni asinhroni sprejemnik/oddajnik), SPI (serijski periferni vmesnik) in I2C (medinteresirano vezje).Ti vmesniki so primerni za številne osnovne kontrolne naloge, vendar imajo omejitve pri ravnanju s komunikacijo s hitro hitrostjo.Inherentna zasnova MCU-ja daje prednost preprostosti in stroškovne učinkovitosti, kar pogosto povzroči počasnejše hitrosti obdelave in omejen pomnilnik.Posledično se borijo za učinkovito upravljanje nalog, ki zahtevajo hitro hitrost prenosa podatkov.

V nasprotju s tem so mikroprocesorske enote (MPU) zasnovane tako, da obvladujejo bolj zapletene in podatkovne aplikacije.MPU-ji so opremljeni s perifernimi napravami za visoke hitrosti, kot sta vrata USB 2.0 in Ethernet.Te periferne naprave MPU omogočajo, da podpira hitrejše stopnje prenosa podatkov, zaradi česar so dobro primerne za aplikacije, ki zahtevajo zanesljive zmogljivosti za ravnanje s podatki.MPU-ji imajo pogosto večjo procesno moč in obsežnejše pomnilniške vire, kar še poveča njihovo sposobnost učinkovitega upravljanja s hitro komunikacijo s hitrostjo.

Arhitektura MPU omogoča boljše ravnanje z nalogami, kot so multimedijska obdelava, mreženje in analitika podatkov v realnem času.Ta sposobnost je še posebej uporabna v scenarijih, pri katerih je treba veliko količine podatkov obdelati hitro in zanesljivo, na primer v naprednih sistemih za avtomatizacijo, izpopolnjene potrošniške elektronike in industrijskih krmilnih sistemih.

Medtem ko so MCU-ji odlični za preproste, poceni aplikacije z omejenimi potrebami po podatkih, MPU zagotavljajo potrebno delovanje in povezljivost za zahtevnejše naloge.Zaradi tega razlikovanja so MPU-ji prednostna izbira za hitre podatkovne aplikacije, ki intenzivne podatke, kar zagotavlja učinkovito in učinkovito upravljanje podatkov.

Načini moči in zmogljivost

Poraba energije

Mikrokontrolerji (MCU) običajno uporabljajo manj moči kot mikroprocesorji (MPU).To je zato, ker je MCU-ji narejen za učinkovito delo z malo energije, pogosto pa ima različne načine nizke moči, da baterija traja dlje.Ti načini z nizko močjo omogočajo, da MCU zniža svojo moč, ko sistem ni zaseden ali opravlja preproste naloge.Zaradi tega so MCU-ji odlični za naprave in situacije, ki jih poganjajo baterije, kjer je varčevanje z energijo zelo pomembno.

Po drugi strani imajo mikroprocesorji (MPU) na splošno večjo porabo energije zaradi svoje bolj zapletene arhitekture in potrebe po večji računski moči.MPU -ji pogosto obravnavajo zahtevnejše naloge in izvajajo prefinjene operacijske sisteme, ki zahtevajo več energije.Zato vključujejo napredne tehnike upravljanja električne energije za optimizacijo porabe električne energije, ne da bi pri tem ogrozili uspešnost.MPU-ji so bolj primerni za aplikacije, kjer je uspešnost glavna skrb, poraba energije pa je manj omejitev, na primer pri visokozmogljivem računalništvu, strežnikih in nekaterih vrstah vgrajenih sistemov.

Moč obdelave

MCUS je zasnovan za naloge, ki zahtevajo dosledne in pravočasne odzive.Odlikujejo se v okoljih, na primer v vgrajenih sistemih za avtomobilski nadzor, industrijsko avtomatizacijo in domače aparate.Te enote se običajno izvajajo na kodi gole kovine ali v operacijskem sistemu v realnem času (RTO), kar jim omogoča učinkovito obdelavo v realnem času.Deterministična narava MCU -jev pomeni, da lahko predvidljivo upravljajo naloge v določenih časovnih omejitvah, zaradi česar so idealni za aplikacije.

Po drugi strani so MPU -ji primerni za aplikacije, ki zahtevajo večjo računalniško moč.Te so sposobne izvajati popolne operacijske sisteme, kot sta Linux ali Android, kar zagotavlja obsežnejšo paleto funkcionalnosti v primerjavi z MCU-ji.MPU najdemo v bolj zapletenih sistemih, kot so pametni telefoni, tablični računalniki in napredni vgrajeni sistemi.Ponujajo procesno moč, potrebno za ravnanje z velikimi nabori podatkov, hkrati izvajati več aplikacij in izvajanje intenzivnih izračunov.

Izbira med MCU in MPU je odvisna od tega, kaj potrebuje vaša aplikacija.Za naloge, ki potrebujejo hitre in predvidljive odzive, so MCU prava izbira.Za aplikacije, ki potrebujejo veliko procesne moči in lahko izvajajo celotne operacijske sisteme, so MPU -ji primernejši.

Izbira med MCU in MPU

Pri odločanju med enoto mikrokontrolerja (MCU) in mikroprocesorsko enoto (MPU) za vašo aplikacijo je treba upoštevati več dejavnikov, da se pravilno odločite.

• Kompleksnost aplikacije

Za enostavnejše naloge, ki so predvsem nadzorovane, kot so operacijski senzorji, nadzor motorjev ali upravljanje preprostih uporabniških vhodov, MCU običajno zadostuje.MCU-ji so zasnovani za posebne naloge z nizko kompleksnostjo in so učinkovite pri ravnanju z njimi s svojimi integriranimi perifernimi napravami in pomnilnikom.

Po drugi strani pa je, če je vaša aplikacija zapletena in intenzivna s podatki, na primer izvajanje naprednih algoritmov, ravnanje z velikimi nabori ali obdelava podatkovnih tokov visoke hitrosti, bolj primeren MPU.MPUS imajo večjo procesno moč in lahko učinkoviteje upravljajo s kompleksnimi nalogami in težkimi računskimi obremenitvami kot MCU.

• Zahteve uporabniškega vmesnika

Izbira med MCU in MPU je lahko odvisna tudi od zahtev uporabniškega vmesnika vaše aplikacije.Za aplikacije z osnovnimi zasloni, kot so preprosto besedilo ali osnovni grafični izhod, lahko MCU te naloge učinkovito upravlja.MCU-ji lahko obvladujejo zaslone z nizko ločljivostjo in preproste grafične vmesnike, ne da bi pri tem obremenili svoje zmogljivosti za obdelavo.

Če pa vaša aplikacija zahteva napredne grafične vmesnike, kot so zasloni z visoko ločljivostjo, zapletene animacije ali interaktivni zasloni na dotik, je MPU boljša izbira.MPU-ji so zasnovani tako, da ravnajo z bolj izpopolnjeno grafično obdelavo in lahko podpirajo zaslone z visoko ločljivostjo in bogate uporabniške vmesnike.

• Poraba energije

Poraba energije je še en velik dejavnik pri izbiri med MCU in MPU.Za aplikacije, kjer so zadeve z nizko porabo energije, kot so naprave, ki se nanašajo na baterije ali sistemi za varčevanje z energijo, idealni.MCU -ji so narejeni za uporabo manj moči, zaradi česar so primerni za aplikacije, kjer je potrebna varčevanje z energijo.

Če ima uspešnost prednost pred porabo energije v vaši aplikaciji, je MPU ustrezna izbira.MPU običajno porabijo večjo moč zaradi svojih višjih zmogljivosti obdelave in podpore za zapletene naloge, vendar ponujajo uspešnost, potrebno za zahtevne aplikacije.

• Potrebe po povezljivosti

Na koncu razmislite o zahtevah povezave vaše aplikacije.Če vaša aplikacija vključuje komunikacijo z visoko hitrostjo, več perifernih vmesnikov ali obsežne zmogljivosti za omrežje, je MPU bolje opremljen za reševanje teh potreb.MPU-ji podpirajo različne komunikacijske protokole za visoke hitrosti in lahko hkrati upravljajo z več perifernimi napravami, zaradi česar so primerne za aplikacije, ki zahtevajo zanesljivo povezljivost.

Primeri: Arduino proti Raspberry Pi

Slika 5: Arduino Uno in Raspberry Pi

Arduino in Raspberry Pi sta dve priljubljeni platformi za projekte elektronike, od katerih ima vsaka svoje edinstvene prednosti in aplikacije.Razumevanje njihovih razlik pomaga ugotoviti, kateri je bolj primeren za določen projekt.

Arduino je zgrajen okoli mikrokontrolerja.Mikrokontroler je kompaktno integrirano vezje, zasnovano za upravljanje določene operacije v vgrajenem sistemu.Zaradi tega je Arduino idealen za preproste kontrolne naloge.Odlikuje se pri nalogah, ki zahtevajo natančno časovno razporeditev in delovanje v realnem času, kot so branje podatkov senzorjev, nadzor motorjev in upravljanje LED zaslonov.Platforma Arduino je znana po enostavnosti uporabe, z preprostim programskim okoljem, ki omogoča hitro prototipiranje in uvajanje.Njegova preprostost je najljubša za začetnike in izobraževalne namene, pa tudi za projekte, kjer je nizka poraba energije prednostna naloga.

Po drugi strani Raspberry Pi temelji na mikroprocesorju, ki je bolj zapleteno in močno integrirano vezje, ki lahko hkrati ravna z več nalogami.Zaradi tega je Raspberry Pi primerna za bolj zapletene naloge, ki zahtevajo večjo procesno moč.Poteka celoten operacijski sistem, običajno različico Linuxa, ki mu omogoča izvajanje nalog, podobnih namiznem računalniku.Raspberry Pi lahko obvlada brskanje po spletu, pretakanje videov in celo zažene programsko opremo, kot so Word Processors and Thirlesheets.Njegova sposobnost povezovanja z različnimi perifernimi napravami in podporo za več programskih jezikov je vsestranska za široko paleto aplikacij, od domače avtomatizacije in robotike do medijskih centrov in omrežnih strežnikov.

Arduino je s svojim mikrokontrolerjem najboljši za preproste kontrolne naloge v realnem času, medtem ko je Raspberry Pi z mikroprocesorjem primeren za bolj zapletene aplikacije, ki potrebujejo veliko procesne moči.Poznavanje teh osnovnih razlik vam pomaga izbrati pravo platformo za potrebe projekta.

Zaključek

Izbira med mikroprocesorsko enoto (MPU) in enoto mikrokontrolerjev (MCU) je odvisna od tega, kaj vaš projekt potrebuje.MCU -ji so kot nalašč za preproste naloge, ki potrebujejo nizko moč in so poceni.Odlični so za delovna mesta, kjer varčevanje z energijo in ohranjanje stvari preproste snovi, na primer pri domačih aparatih, avtomobilskih sistemih in osnovnem nadzoru uporabnikov.Na roki vam MPU-ji dajo večjo procesno moč in prilagodljivost, zaradi česar so dobri za zapletene in podatkovne naloge.Obravnavajo lahko visokokakovostne grafike, napredne izračune in večopravilnost, ki so uporabne za naprave, kot so pametni telefoni, tablični računalniki in sistemi višjega cenovnega razreda.Poznavanje teh razlik vam pomaga izbrati pravi del za svoj projekt in poskrbite, da bo dobro in učinkovito.

Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ]

1. Ali lahko mikrokontroler nadomesti mikroprocesor?

Ne, mikrokontroler ne more nadomestiti mikroprocesorja pri nalogah, ki zahtevajo visoko računsko moč in zapletene operacijske sisteme.Mikrokontrolerji so zasnovani za posebne, preproste kontrolne naloge z integriranimi perifernimi napravami, medtem ko mikroprocesorji obravnavajo zahtevnejše aplikacije z zunanjimi komponentami.

2. Ali je Raspberry Pi mikrokontroler ali mikroprocesor?

Raspberry Pi je mikroprocesor.Uporablja mikroprocesorsko enoto (MPU) in vodi celoten operacijski sistem, zaradi česar je primeren za zapletene naloge, ki zahtevajo visoko procesno moč in večopravilnost.

3. Kakšna je razlika med MCU in MPU?

MCU (enota za mikrokontroler) vključuje CPU, pomnilnik in periferne naprave na en čip, zasnovan za posebne kontrolne naloge.MPU (mikroprocesorska enota) se opira na zunanje komponente za pomnilnik in periferne naprave, kar ponuja večjo procesno moč in prilagodljivost za zapletene aplikacije.

4. Kateri je hitrejši, mikroprocesor ali mikrokontroler?

Mikroprocesor je na splošno hitrejši od mikrokontrolerja.Mikroprocesorji so zasnovani za obdelavo podatkov z visoko hitrostjo in lahko obravnavajo bolj zapletene naloge, medtem ko so mikrokontrolerji optimizirani za posebne kontrolne naloge z nižjimi zahtevami obdelave.

5. Ali je mikrokontroler CPU?

Mikrokontroler vključuje CPU skupaj s pomnilnikom in perifernimi napravami na enem samem čipu.Medtem ko ima CPU kot del svoje arhitekture, ni samo CPU;Gre za popoln računalniški sistem, zasnovan za posebne naloge.