Mikroprosessori (MPU) tai mikrokontrolleri (MCU)

Elektroniikan maailmassa oikean laskentayksikön valitseminen projektillesi on erittäin hyödyllistä.Kaksi suosittua pientä tietokonetta ovat mikrokontrolleriyksikkö (MCU) ja mikroprosessoriyksikkö (MPU).Vaikka molempia käytetään nykyaikaisissa laitteissa, niillä on erilaisia ​​töitä ja niissä on erityisominaisuuksia.MCU: n ja MPU: n välisten erojen ymmärtäminen voi auttaa sinua valitsemaan parhaan vaihtoehdon projektillesi, olipa kyse sitten yksinkertaisesta ohjaustehtävästä vai monimutkaisesta data-raskaasta prosessista.Tässä artikkelissa tarkastellaan MCU: n ja MPU: n ominaisuuksia, käyttöä ja eroja, jotka tarjoavat täydellisen oppaan tehdäksesi älykkään valinnan.

Luettelo

Kuva 1: Mikroprosessori (MPU) ja mikrokontrolleri (MCU) piirilevyllä

Mikä on MPU ja MCU?

MPU (mikroprosessoriyksikkö) ja MCU (mikrokontrolleriyksikkö) ovat molemmat tyyppisiä pieniä tietokoneita, joita käytetään elektronisissa laitteissa, mutta ne toimivat eri tavalla ja niillä on ainutlaatuiset piirteet.

Mikrokontrolleriyksikkö (MCU)

Kuva 2: Mikrokontrolleriyksikkö (MCU)

MCU on pieni tietokonesiru, joka on valmistettu käsittelemään tiettyjä tehtäviä sulautetussa järjestelmässä.Siinä yhdistyvät keskeinen prosessointiyksikkö (CPU), muisti ja muut osat yhdessä yhdellä sirulla.CPU toimii MCU: n aivoina ja suorittaa ohjeita ohjelmistolta.MCU: n muisti sisältää yleensä sekä RAM -muistin (väliaikaisen tietojen tallennuksen) että Flash -muistin (MCU: n käyttämän ohjelmistokoodin tallentamiseksi).MCU: hon rakennettuihin osiin voivat sisältää ajastimia, viestintärajapintoja (kuten UART, I2C, SPI), analogia-digitaalimuuntimet (ADC), digitaaliset analogiset muuntimet (DAC) ja muut syöttö/lähtö (I/O)toiminnot.

MCU: t on suunniteltu suorittamaan sulautettujen järjestelmien, kuten anturien hallinta, moottorien hallinta, käyttöliittymien käsittely tai tietojen kerääminen.Niitä käytetään yleisesti sovelluksissa, joissa koko, virrankäyttö ja kustannukset ovat tärkeitä.Esimerkkejä ovat kodinkoneet, autojärjestelmät, lääkinnälliset laitteet ja teollisuusautomaatio.

Mikroprosessoriyksikkö (MPU)

Kuva 3: Mikroprosessoriyksikkö (MPU)

MPU on tehokkaampi ja joustavampi prosessointiyksikkö verrattuna MCU: hon.Toisin kuin MCU, MPU: lla ei ole muistia ja muita osien rakennettuja osiin.Sen sijaan se luottaa muistin ulkoisiin komponentteihin (kuten RAM ja ROM) ja muihin osiin.Tämän asennuksen avulla MPUS voi tarjota paremman prosessointitehon ja joustavuuden, mikä sopii niihin monimutkaisempiin ja vaativiin sovelluksiin.

MPU: n prosessori on tyypillisesti edistyneempi, ja se pystyy käsittelemään useita tehtäviä ja käyttöjärjestelmiä, kuten Linux tai Windows.Tämä tekee MPUS: sta ihanteellisen sovelluksille, jotka vaativat paljon laskennallista voimaa, monitehtäviä ja laajaa ohjelmistotukea.Esimerkkejä ovat henkilökohtaiset tietokoneet, älypuhelimet, tabletit ja huippuluokan sulautetut järjestelmät.

Ensisijaiset erot

Ominaisuus	MCU	MPU
Muisti	Siru-flash-muisti	Ulkoinen dram ja nvm
Aloitusaika	Nopeasti	Hitaampi ulkoisen muistin takia
Virtalähde	Yhden jännitekisan	Useita jännitekiskoja
Oheisrajapinnat	Rajoitettu integroituihin oheislaitteisiin	Laajat ulkoiset yhteysvaihtoehdot
Käyttötapaukset	Sulautetut järjestelmät, reaaliaikaiset sovellukset	Monimutkaiset käyttöjärjestelmäpohjaiset sovellukset, korkean datan läpäisy

Sovellusperspektiivi

Kuva 4: MPU: n (mikroprosessoriyksikkö) ja MCU: n (mikrokontrolleriyksikkö) vertailu

Muisti ja suorituskyky

Kun tarkastellaan mikrokontrolleriyksiköiden (MCU) ja mikroprosessoriyksiköiden (MPUS) muistia ja suorituskykyä, on tärkeää ymmärtää erot, joita he voivat tehdä ja missä niitä tyypillisesti käytetään.

MCU: t on rakennettu rajoitetulla muistilla, yleensä noin 2 megatavua CHIP-ohjelman muistia.Tämä pieni muisti rajoittaa niiden käyttämien sovellusten monimutkaisuutta.Rajoitettu muisti ei vaikuta vain suoritettavien ohjelmien kokoon, vaan myös tietojen määrään, jotka voidaan käsitellä ja tallentaa.MCU: t on suunniteltu tehtäviin, jotka vaativat minimaalisen muistin ja prosessointitehon, mikä tekee niistä täydellisiä yksinkertaisiin, toistuviin tehtäviin, kuten anturien hallintaan, matalan tason laitteistotoimintojen hallintaan ja reaaliaikaisten ohjausjärjestelmien suorittamiseen.

Toisaalta MPU: lla on pääsy paljon suurempiin muistiin, usein satoja megatavuja tai jopa gigatavua DRAM: sta ja Nandista.Tämä suuri muistikapasiteetti antaa MPUS: lle mahdollisuuden käsitellä monimutkaisempia ja resurssiintensiivisempiä sovelluksia.Lisämuisti tukee edistyneitä toimintoja, kuten käyttöjärjestelmien käyttämistä, suurten tietojoukkojen käsittelyä, monimutkaisten algoritmien suorittamista ja useiden tehtävien käsittelyä samanaikaisesti.Suuri muisti ja prosessointiteho tekevät MPUS: sta, joka sopii sovelluksiin, kuten multimediakäsittely, monimutkaiset käyttöliittymät ja korkean suorituskyvyn laskentatehtävät.

Suurin ero muistikapasiteetissa MCU: n ja MPU: n välillä vaikuttaa suoraan niiden suorituskykyyn ja sovellustyyppeihin, joihin ne soveltuvat.MCU: lla on rajoitetun muistinsa kanssa erinomainen ympäristöihin, joissa tarvitaan tehokkuutta ja yksinkertaisuutta, kun taas MPU: t ovat parempia tilanteisiin, jotka vaativat korkeaa laskennallista voimaa ja merkittäviä muistiresursseja.Tämä erottelu määrittelee roolit, joita kukin pelaa elektronisissa järjestelmissä, MCU: lla keskittyen ohjaukseen ja yksinkertaiseen automaatioon sekä MPUS: n käsittelemiseen hienostuneisiin laskenta- ja prosessointitehtäviin.

Käyttöliittymä (UI)

Mikrokontrolleriyksiköt (MCU) ovat ihanteellisia yksinkertaisille käyttöliittymille (UIS), jotka eivät vaadi korkearesoluutioisia näyttöjä.Ne ovat kustannustehokkaita ja tehokkaita perustehtäviin.MCU: lla on tyypillisesti rajoitettua prosessointitehoa ja muistia, joten se sopii yksinkertaisten näyttöjen ohjaamiseen ja suoraviivaisten syöttö-/lähtötoimintojen käsittelemiseen.Esimerkkejä sovelluksista ovat digitaaliset kellot, perustermostaatit ja yksinkertaiset laitteet, joissa graafinen monimutkaisuus on minimaalinen.

Mikroprosessoriyksiköt (MPUS) tarvitaan monimutkaisten ja korkearesoluutioisten graafisten käyttöliittymien käsittelemiseen.MPUS tarjoaa enemmän prosessointitehoa ja muistia kuin mikrokontrolleriyksiköt (MCU), jota tarvitaan yksityiskohtaisten grafiikan, kosketusrajapintojen ja edistyneempien käyttäjän vuorovaikutusten hallintaan.Niitä käytetään usein laitteissa, jotka sisältävät sulautettuja ohutkalvojen transistorin (TFT) LCD-ohjaimia, jotka ovat välttämättömiä korkealaatuisten kuvien ja videon tekemiseen.MPU: ta käyttävät sovellukset sisältävät älypuhelimet, tablet -laitteet, edistyneet lääkinnälliset laitteet ja autoteollisuuden viihdejärjestelmät.

MCUS ja MPUS palvelevat erilaisia ​​tarkoituksia käyttöliittymän monimutkaisuuden ja graafisten vaatimusten perusteella.MCU: t ovat sopivia yksinkertaisemmille, matalan resoluution rajapinnoille, kun taas MPU: ta tarvitaan monimutkaisemmille ja korkearesoluutioisille graafisille rajapinnoille.

Liitettävyys

Mikrokontrolleriyksiköt (MCU) sisältävät tyypillisesti yleisiä perifeerisiä rajapintoja, kuten GPIO (yleiskäyttöinen tulo/lähtö), UART (universaali asynkroninen vastaanotin/lähetin), SPI (sarjaperifeerinen rajapinta) ja I2C (integroitu integroitu piiri).Nämä rajapinnat ovat riittäviä monille perusohjaustehtäville, mutta niillä on rajoituksia käsitellessä nopeaa tiedonsiirtoa.MCU: n luontainen suunnittelu priorisoi yksinkertaisuuden ja kustannustehokkuuden, mikä johtaa usein hitaampaan käsittelynopeuteen ja rajoitetulle muistiin.Näin ollen he pyrkivät hallitsemaan tehokkaasti tehtäviä, jotka vaativat nopean tiedonsiirtonopeutta.

Sitä vastoin mikroprosessoriyksiköt (MPUS) on suunniteltu käsittelemään monimutkaisempia ja tietointensiivisempiä sovelluksia.MPU: t on varustettu nopean viestinnän oheislaitteilla, kuten USB 2.0 ja Ethernet-portit.Nämä oheislaitteet antavat MPU: lle mahdollisuuden tukea nopeampaa tiedonsiirtonopeutta, mikä sopii hyvin sovelluksiin, jotka vaativat vankkaa tiedonkäsittelyominaisuuksia.MPUS: lla on usein korkeampi prosessointiteho ja laajemmat muistiresurssit, mikä parantaa edelleen niiden kykyä hallita nopeaa tiedonsiirtoa tehokkaasti.

MPU: n arkkitehtuuri mahdollistaa tehtävien, kuten multimediakäsittelyn, verkottumisen ja reaaliaikaisen data-analytiikan, paremman käsittelyn.Tämä kyky on erityisen hyödyllinen skenaarioissa, joissa suuria määriä tietoja on käsiteltävä nopeasti ja luotettavasti, kuten edistyneissä automaatiojärjestelmissä, hienostuneessa kulutuselektroniikassa ja teollisuusohjausjärjestelmissä.

Vaikka MCU: t ovat erinomaisia ​​yksinkertaisiin, edullisiin sovelluksiin, joilla on rajoitetut tietoliikennetarpeet, MPU: t tarjoavat tarvittavan suorituskyvyn ja yhteyden vaativimpiin tehtäviin.Tämä erottelu tekee MPUS: sta edullisen valinnan nopeaan dataintensiivisiin sovelluksiin, mikä varmistaa tehokkaan ja tehokkaan tiedonhallinnan.

Sähkötilat ja suorituskyky

Virrankulutus

Mikrokontrollerit (MCU) käyttävät yleensä vähemmän tehoa kuin mikroprosessorit (MPUS).Tämä johtuu siitä, että MCU: t saadaan toimimaan tehokkaasti pienellä energialla, ja sillä on usein erilaisia ​​pienitehoisia tiloja akun kestämiseksi pidempään.Nämä pienitehoiset tilat antavat MCU: n pienentää virtaa käyttää paljon, kun järjestelmä ei ole kiireinen tai tehdä yksinkertaisia ​​tehtäviä.Tämän vuoksi MCU: t ovat erinomaisia ​​akkukäyttöisille laitteille ja tilanteille, joissa energian säästäminen on erittäin tärkeää.

Toisaalta mikroprosessoreilla (MPUS) on yleensä suurempi virrankulutus johtuen monimutkaisemmasta arkkitehtuurista ja tarpeesta suuremmalle laskennalliselle teholle.MPUS käsittelee usein vaativia tehtäviä ja suorittaa hienostuneita käyttöjärjestelmiä, jotka vaativat enemmän energiaa.Siksi ne sisältävät edistyneitä energianhallintatekniikoita virrankäytön optimoimiseksi vaarantamatta suorituskykyä.MPU: t soveltuvat paremmin sovelluksiin, joissa suorituskyky on ensisijainen huolenaihe, ja virrankulutus on vähemmän rajoitusta, kuten korkean suorituskyvyn laskenta, palvelimet ja tietyntyyppiset sulautetut järjestelmät.

Käsittelyvoima

MCU: t on suunniteltu tehtäviin, jotka vaativat johdonmukaisia ​​ja oikea -aikaisia ​​vastauksia.Ne ovat huippuosaisia ​​ympäristöissä, kuten sulautetuissa järjestelmissä autojen hallintaan, teollisuusautomaatioon ja kodinkoneisiin.Nämä yksiköt toimivat tyypillisesti paljain metallikoodissa tai reaaliaikaisella käyttöjärjestelmällä (RTOS), jonka avulla ne voivat käsitellä reaaliaikaisia ​​käsittelyjä tehokkaasti.MCU: n deterministinen luonne tarkoittaa, että he voivat ennustettavasti hallita tehtäviä tietyissä aikarajoituksissa, mikä tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin.

Toisaalta MPU: t sopivat sovelluksiin, jotka vaativat korkeampaa laskennallista tehoa.Nämä kykenevät käyttämään täysimittaisia ​​käyttöjärjestelmiä, kuten Linux tai Android, tarjoamalla laajemman toimintojen valikoiman MCU: iin verrattuna.MPU: ta esiintyy monimutkaisemmissa järjestelmissä, kuten älypuhelimissa, tablet -laitteissa ja edistyneissä sulautetuissa järjestelmissä.Ne tarjoavat suurten tietojoukkojen käsittelemiseen tarvittavan prosessointivoiman, useita sovelluksia samanaikaisesti ja intensiivisten laskelmien suorittamiseen.

Valinta MCU: n ja MPU: n välillä riippuu siitä, mitä sovelluksesi tarvitsee.Tehtäviä, jotka tarvitsevat nopeaa ja ennustettavissa olevia vastauksia, MCU: t ovat oikea valinta.Sovelluksissa, jotka tarvitsevat paljon prosessointitehoa ja voivat suorittaa täydet käyttöjärjestelmät, MPU: t ovat sopivampia.

MCU: n ja MPU: n välillä

Kun päätät sovelluksellesi mikrokontrolleriyksikön (MCU) ja mikroprosessoriyksikön (MPU) välillä, on otettava huomioon useita tekijöitä varmistaaksesi, että teet oikean valinnan.

• Sovelluksen monimutkaisuus

Yksinkertaisemmille tehtäville, jotka ovat pääasiassa ohjauskeskeisiä, kuten käyttöanturit, moottorien hallinta tai yksinkertaisten käyttäjän syöttöjen hallinta, MCU on tyypillisesti riittävä.MCU: t on suunniteltu spesifisille, vähäkompleksiaalisille tehtäville ja ne käsittelevät näitä integroiduilla oheislaitteillaan ja muistilla.

Toisaalta, jos sovelluksesi on monimutkainen ja dataintensiivinen, kuten edistyneiden algoritmien suorittaminen, suurten tietojoukkojen käsitteleminen tai nopeiden tietovirtojen käsitteleminen, MPU on sopivampi.MPU: lla on korkeampi prosessointiteho ja se voi hallita monimutkaisia ​​tehtäviä ja raskaita laskennallisia kuormituksia tehokkaammin kuin MCU: t.

• Käyttöliittymävaatimukset

Valinta MCU: n ja MPU: n välillä voi myös riippua sovelluksesi käyttöliittymävaatimuksista.Sovelluksissa, joissa on perusnäyttö, kuten yksinkertainen teksti tai graafinen peruslähtö, MCU voi hallita näitä tehtäviä tehokkaasti.MCUS pystyy käsittelemään matalan resoluution näytöksiä ja yksinkertaisia ​​graafisia rajapintoja ilman paljon rasitusta niiden prosessointiominaisuuksiin.

Jos sovelluksesi vaatii kuitenkin edistyneitä graafisia rajapintoja, kuten korkearesoluutioisia näyttöjä, monimutkaisia ​​animaatioita tai interaktiivisia kosketusnäytöksiä, MPU on parempi valinta.MPUS on suunniteltu käsittelemään hienostuneempaa graafista käsittelyä ja se voi tukea korkearesoluutioisia näytöitä ja rikkaita käyttöliittymiä.

• Virrankulutus

Virrankulutus on toinen suuri tekijä MCU: n ja MPU: n välillä.Sovelluksissa, joissa vähäinen käyttö on asioita, kuten akkukäyttöisiä laitteita tai energiansäästöjärjestelmiä, MCU: t ovat ihanteellisia.MCU: ta tehdään vähemmän virtaa käyttämään, mikä tekee niistä sopivia sovelluksiin, joissa tarvitaan energiaa.

Jos suorituskyky on etusijalle sovelluksen virrankulutukseen, MPU on sopiva valinta.MPU: t kuluttavat tyypillisesti enemmän voimaa johtuen niiden korkeammista prosessointiominaisuuksista ja monimutkaisten tehtävien tuesta, mutta ne tarjoavat vaadittaviin sovelluksiin tarvittavan suorituskyvyn.

• Yhteystarpeet

Lopuksi harkitse sovelluksesi liitettävyysvaatimuksia.Jos sovellukseesi sisältää nopean viestintää, useita oheisrajapintoja tai laajoja verkkoominaisuuksia, MPU on paremmin varustettu käsittelemään näitä tarpeita.MPUS tukee erilaisia ​​nopean viestintäprotokollia ja pystyy hallitsemaan useita oheislaitteita samanaikaisesti, mikä tekee niistä sopivia sovelluksiin, jotka vaativat vahvaa liitettävyyttä.

Esimerkkejä: Arduino vs. Raspberry Pi

Kuva 5: Arduino Uno ja Raspberry Pi

Arduino ja Raspberry Pi ovat kaksi suosittua elektroniikkaprojektin alustoa, joista jokaisella on ainutlaatuiset vahvuudet ja sovellukset.Niiden erojen ymmärtäminen auttaa määrittämään, mikä sopii paremmin tietylle projektille.

Arduino on rakennettu mikrokontrollerin ympärille.Mikrokontrolleri on kompakti integroitu piiri, joka on suunniteltu hallitsemaan tiettyä toimintaa sulautetussa järjestelmässä.Tämä tekee Arduinosta ihanteellisen yksinkertaisiin ohjaustehtäviin.Se on erinomainen tehtävissä, jotka vaativat tarkkaa ajoitusta ja reaaliaikaista toimintaa, kuten lukuanturitiedot, moottorien hallinta ja LED-näyttöjen hallinta.Arduino -alusta tunnetaan helppokäyttöisyydestään suoraviivaisella ohjelmointiympäristöllä, joka mahdollistaa nopean prototyypin ja käyttöönoton.Sen yksinkertaisuus tekee siitä aloittelijoille ja koulutustarkoituksiin suosikki sekä hankkeille, joissa alhainen virrankulutus on ensisijainen tavoite.

Toisaalta Raspberry Pi perustuu mikroprosessoriin, joka on monimutkaisempi ja tehokkaampi integroitu piiri, joka pystyy käsittelemään useita tehtäviä samanaikaisesti.Tämä tekee Raspberry Pi: stä soveltuvan monimutkaisemmille tehtäville, jotka vaativat suurempaa prosessointitehoa.Siinä on täysi käyttöjärjestelmä, tyypillisesti Linux -versio, jonka avulla se voi suorittaa työpöytätietokoneen kaltaisia ​​tehtäviä.Raspberry PI pystyy käsittelemään selaamista, videoiden suoratoistoa ja jopa suorittaa ohjelmistoja, kuten Word -prosessoreita ja laskentataulukoita.Sen kyky olla yhteydessä erilaisiin oheislaitteisiin ja tukea useille ohjelmointikieleille tekevät siitä monipuolisen monille sovelluksille, kodin automaatiosta ja robotiikasta mediakeskuksiin ja verkkopalvelimiin.

Arduino, mikrokontrollerillaan, on parasta yksinkertaisille, reaaliaikaisille ohjaustehtäville, kun taas Raspberry Pi, mikroprosessorillaan, sopii monimutkaisemmille sovelluksille, jotka tarvitsevat paljon prosessointitehoa.Näiden peruserojen tunteminen auttaa sinua valitsemaan oikean alustan projektitarpeisiisi.

Johtopäätös

Valinta mikroprosessoriyksikön (MPU) ja mikrokontrolleriyksikön (MCU) välillä riippuu siitä, mitä projektisi tarvitsee.MCU: t ovat täydellisiä yksinkertaisiin tehtäviin, jotka tarvitsevat vähän tehoa ja ovat halpoja.Ne ovat hienoja töihin, joissa energian säästäminen ja asioiden pitäminen yksinkertaisena asiana, kuten kodinkoneissa, autojärjestelmissä ja käyttäjän perusohjaimissa.Kädessä MPUS antaa sinulle enemmän prosessointitehoa ja joustavuutta, mikä tekee niistä hyviä monimutkaisia ​​ja data-raskaita tehtäviä.He pystyvät käsittelemään korkealaatuista grafiikkaa, edistyneitä laskelmia ja monitehtäviä, jotka ovat hyödyllisiä laitteille, kuten älypuhelimille, tablet-laitteille ja huippuluokan järjestelmille.Näiden erojen tunteminen auttaa sinua valitsemaan projektillesi oikean osan varmistamaan, että se toimii hyvin ja tehokkaasti.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Voiko mikrokontrolleri korvata mikroprosessorin?

Ei, mikrokontrolleri ei voi korvata mikroprosessoria tehtävissä, jotka vaativat korkeaa laskennallista tehoa ja monimutkaisia ​​käyttöjärjestelmiä.Mikrokontrollerit on suunniteltu erityisiin, yksinkertaisiin ohjaustehtäviin integroiduilla oheislaitteilla, kun taas mikroprosessorit käsittelevät vaativia sovelluksia ulkoisten komponenttien kanssa.

2. Onko Raspberry Pi mikrokontrolleri vai mikroprosessori?

Raspberry Pi on mikroprosessori.Se käyttää mikroprosessoriyksikköä (MPU) ja käyttää täydellistä käyttöjärjestelmää, joten se sopii monimutkaisisiin tehtäviin, jotka vaativat korkeaa prosessointitehoa ja monitehtäviä.

3. Mitä eroa MCU: n ja MPU: n välillä on?

MCU (mikrokontrolleriyksikkö) integroi prosessorin, muistin ja oheislaitteet yhdelle sirulle, joka on suunniteltu tiettyihin ohjaustehtäviin.MPU (mikroprosessoriyksikkö) perustuu muisti- ja oheislaitteiden ulkoisiin komponentteihin, mikä tarjoaa paremman prosessointitehon ja joustavuuden monimutkaisissa sovelluksissa.

4. Mikä on nopeampi, mikroprosessori tai mikrokontrolleri?

Mikroprosessori on yleensä nopeampi kuin mikrokontrolleri.Mikroprosessorit on suunniteltu nopeaan tietojenkäsittelyyn ja ne pystyvät käsittelemään monimutkaisempia tehtäviä, kun taas mikrokontrollerit on optimoitu erityisiin ohjaustehtäviin, joilla on alhaisemmat prosessointitarpeet.

5. Onko mikrokontrolleri CPU?

Mikrokontrolleri sisältää suorittimen sekä muistin ja oheislaitteen kanssa yhdellä sirulla.Vaikka sillä on suorittimen osana arkkitehtuuria, se ei ole vain suorittimen;Se on täydellinen laskentajärjestelmä, joka on suunniteltu tiettyihin tehtäviin.