Mikroprocesor (MPU) nebo mikrokontrolér (MCU)

Ve světě elektroniky je velmi užitečné výběr správné výpočetní jednotky pro váš projekt.Dva populární typy malých počítačů jsou jednotka MicroController (MCU) a mikroprocesorová jednotka (MPU).Zatímco oba se používají v moderních zařízeních, mají různá práce a přicházejí se speciálními funkcemi.Pochopení rozdílů mezi MCU a MPU vám může pomoci vybrat nejlepší možnost pro váš konkrétní projekt, ať už se jedná o jednoduchý kontrolní úlohu nebo složitý proces těžký data.Tento článek se zaměří na funkce, použití a rozdíly v MCU a MPU a poskytne kompletní průvodce, který vám pomůže vybrat si inteligentní výběr.

Katalog

Obrázek 1: Mikroprocesor (MPU) a mikrokontrolér (MCU) na desce obvodu

Co je to MPU a MCU?

MPU (mikroprocesorová jednotka) a MCU (jednotka MicroController) jsou oba typy malých počítačů používaných v elektronických zařízeních, ale fungují jinak a mají jedinečné funkce.

Jednotka mikrokontroléru (MCU)

Obrázek 2: Jednotka mikrokontroléru (MCU)

MCU je malý počítačový čip vyrobený pro zpracování konkrétních úkolů v zabudovaném systému.Kombinuje centrální zpracovatelskou jednotku (CPU), paměť a další části na jednom čipu.CPU působí jako mozek MCU a provádí pokyny z softwaru.Paměť v MCU obvykle zahrnuje jak RAM (pro dočasné ukládání dat), tak Flash paměť (pro uložení softwarového kódu, který MCU běží).Části zabudované do MCU mohou zahrnovat časovače, komunikační rozhraní (jako UART, I2C, SPI), analogové k digitálním převodníkům (ADC), digitální převaděče k analogům (DAC) a další vstup/výstup (I/O)funkce.

MCU jsou navrženy tak, aby prováděly konkrétní kontrolní úkoly ve vestavěných systémech, jako je správa senzorů, ovládání motorů, manipulace s uživatelskými rozhraními nebo shromažďování dat.Obvykle se používají v aplikacích, kde jsou důležité velikosti, využití energie a náklady.Příklady zahrnují domácí spotřebiče, automobilové systémy, zdravotnické prostředky a průmyslovou automatizaci.

Mikroprocesorová jednotka (MPU)

Obrázek 3: Mikroprocesorová jednotka (MPU)

MPU je silnější a flexibilnější zpracovatelská jednotka ve srovnání s MCU.Na rozdíl od MCU nemá MPU paměť a jiné části zabudované do stejného čipu.Místo toho se spoléhá na externí komponenty pro paměť (jako je RAM a ROM) a další části.Toto nastavení umožňuje MPU nabídnout větší výkon a flexibilitu zpracování, což je činí vhodné pro složitější a náročné aplikace.

CPU v rámci MPU je obvykle pokročilejší, schopný manipulovat s více úkoly a provozovat operační systémy, jako je Linux nebo Windows.Díky tomu je MPU ideální pro aplikace, které vyžadují hodně výpočetní energie, multitaskingových schopností a rozsáhlou softwarovou podporu.Příklady zahrnují osobní počítače, chytré telefony, tablety a špičkové systémy.

Primární rozdíly

Funkce	MCU	MPU
Paměť	Paměť Flash na čipu	Externí DRAM a NVM
Doba počátečního hlediska	Rychle	Pomalejší kvůli externí paměti
Napájení	Jednorázová kolejnice	Více napěťových kolejnic
Periferní rozhraní	Omezeno na integrované periferie	Rozsáhlé možnosti externího připojení
Případy použití	Vestavěné systémy, aplikace v reálném čase	Komplexní aplikace založené na OS, vysoká propustnost dat

Perspektiva aplikace

Obrázek 4: Porovnání MPU (mikroprocesorová jednotka) a MCU (jednotka mikrokontroléru)

Paměť a výkon

Při pohledu na paměť a výkon pro jednotky mikrokontroléru (MCU) a mikroprocesorové jednotky (MPU) je důležité pochopit rozdíly v tom, co mohou dělat a kde se obvykle používají.

MCU jsou postaveny s omezenou pamětí, obvykle kolem 2 megabajtů programové paměti na čipu.Toto malé množství paměti omezuje složitost aplikací, které mohou spustit.Omezená paměť ovlivňuje nejen velikost programů, které lze provést, ale také množství dat, které lze zpracovat a ukládat.MCU jsou navrženy pro úkoly, které vyžadují minimální paměť a výkon zpracování, což je perfektní pro jednoduché a opakující se úkoly, jako jsou ovládání senzorů, správa nízkoúrovňových hardwarových funkcí a provádění kontrolních systémů v reálném čase.

Na druhé straně MPU mají přístup k mnohem většímu množství paměti, často stovky megabajtů nebo dokonce gigabajtů DRAM a NAND.Tato velká paměťová kapacita umožňuje MPU zpracovávat složitější a náročné na zdroje.Extra paměť podporuje pokročilé funkce, jako jsou provozní operační systémy, zpracování velkých datových sad, provádění komplexních algoritmů a zpracování více úkolů současně.Velká paměťová a zpracovatelská síla způsobuje, že MPU jsou vhodné pro aplikace, jako je zpracování multimedií, komplexní uživatelská rozhraní a vysoce výkonné výpočetní úkoly.

Hlavní rozdíl v paměťové kapacitě mezi MCU a MPU přímo ovlivňuje jejich výkon a typy aplikací, pro které jsou vhodné.MCUS, s jejich omezenou pamětí, jsou skvělé pro prostředí, kde je zapotřebí efektivita a jednoduchost, zatímco MPU jsou lepší pro situace vyžadující vysoký výpočetní výkon a podstatné zdroje paměti.Toto rozlišení definuje role, z nichž každý hraje v elektronických systémech, přičemž MCU se zaměřuje na kontrolu a jednoduchou automatizaci a manipulaci s manipulací s MPU s sofistikovanými výpočetními a zpracovatelskými úkoly.

Uživatelské rozhraní (UI)

Jednotky mikrokontroléru (MCU) jsou ideální pro jednoduchá uživatelská rozhraní (UIS), která nevyžadují obrazovky s vysokým rozlišením.Jsou nákladově efektivní a efektivní pro základní úkoly.MCU má obvykle omezenou výkonu a paměť zpracování, takže je vhodná pro ovládání jednoduchých displejů a manipulaci s přímými vstupními/výstupními operacemi.Příklady aplikací zahrnují digitální hodiny, základní termostaty a jednoduché spotřebiče, kde je grafická složitost minimální.

Mikroprocesorové jednotky (MPU) jsou vyžadovány pro manipulaci s komplexními a grafickými uživatelskými rozhraními s vysokým rozlišením.MPU poskytují více výkonu a paměti zpracování než jednotky MicroController (MCU), což je nutné pro správu podrobné grafiky, dotykové rozhraní a pokročilejší uživatelské interakce.Často se používají v zařízeních, která zahrnují vložené tenkovrstvé tranzistorové (TFT) LCD řadiče, které jsou nezbytné pro vykreslování vysoce kvalitních obrázků a videa.Aplikace, které používají MPU, zahrnují chytré telefony, tablety, pokročilé zdravotnické prostředky a automobilové infotainmentové systémy.

MCU a MPU slouží různým účelům na základě složitosti uživatelského rozhraní a grafických požadavků.MCU jsou vhodné pro jednodušší rozhraní s nízkým rozlišením, zatímco MPU jsou potřebné pro složitější a grafická rozhraní s vysokým rozlišením.

Připojení

Jednotky mikrokontroléru (MCU) obvykle zahrnují běžná periferní rozhraní, jako je GPIO (vstup/výstup všeobecného účelu), UART (univerzální asynchronní přijímač/vysílač), SPI (sériové periferní rozhraní) a I2C (meziintegrovaný obvod).Tato rozhraní jsou přiměřená pro mnoho základních kontrolních úkolů, ale mají omezení při manipulaci s vysokorychlostní datovou komunikací.Inherentní design MCU upřednostňuje jednoduchost a efektivitu nákladové efektivity, což často vede k pomalejším rychlostem zpracování a omezené paměti.V důsledku toho se snaží efektivně řídit úkoly vyžadující rychlé přenos dat.

Naproti tomu jednotky mikroprocesorů (MPU) jsou navrženy tak, aby zpracovávaly složitější a datově náročné aplikace.MPU jsou vybaveny vysokorychlostními komunikačními periferiemi, jako jsou porty USB 2.0 a Ethernet.Tyto periferie umožňují MPU podporovat rychlejší rychlosti přenosu dat, což je vhodný pro aplikace, které vyžadují robustní schopnosti manipulace s daty.MPU mají často vyšší výkon zpracování a rozsáhlejší zdroje paměti, což dále zvyšuje jejich schopnost efektivně spravovat vysokorychlostní datovou komunikaci.

Architektura MPU umožňuje lepší manipulaci s úkoly, jako je zpracování multimedií, síťové a analýzu dat v reálném čase.Tato schopnost je zvláště užitečná ve scénářích, kde je třeba rychle a spolehlivě zpracovat velké množství dat, například v pokročilé automatizační systémech, sofistikované spotřební elektronice a průmyslové kontrolní systémy.

Zatímco MCU jsou vynikající pro jednoduché, levné aplikace s omezenými potřebami datové komunikace, MPU poskytují nezbytný výkon a konektivitu pro náročnější úkoly.Díky tomuto rozlišení je MPU preferovanou volbou pro vysokorychlostní datové aplikace a zajišťuje efektivní a efektivní správu dat.

Režimy výkonu a výkon

Spotřeba energie

Mikrokontroléry (MCU) obvykle používají menší výkon než mikroprocesory (MPU).Je to proto, že MCU jsou vyrobeny tak, aby efektivně fungovaly s malou energií a často mají různé režimy nízkého výkonu, aby baterie vydržela déle.Tyto režimy s nízkým výkonem umožňují MCU snižovat svou sílu hodně využívat, když systém není zaneprázdněn nebo provádí jednoduché úkoly.Z tohoto důvodu jsou MCU skvělé pro zařízení a situace, kdy je úspora energie velmi důležitá.

Na druhé straně mají mikroprocesory (MPU) obecně vyšší spotřebu energie díky jejich složitější architektuře a potřebě větší výpočetní síly.MPU často zpracovávají náročnější úkoly a provozují sofistikované operační systémy, které vyžadují více energie.Proto zahrnují pokročilé techniky řízení energie k optimalizaci využití energie bez ohrožení výkonu.MPU jsou vhodnější pro aplikace, kde je primární zájem výkon, a spotřeba energie je menší omezení, například ve vysoce výkonných počítačích, serverech a některých typech zabudovaných systémů.

Zpracování energie

MCU jsou navrženy pro úkoly, které vyžadují konzistentní a včasné odpovědi.Vynikají v prostředích, například v vestavěných systémech pro automobilovou kontrolu, průmyslovou automatizaci a domácí spotřebiče.Tyto jednotky obvykle běží na kódu holého kovového nebo operačního systému v reálném čase (RTOS), který jim umožňuje efektivně zpracovávat zpracování v reálném čase.Deterministická povaha MCU znamená, že mohou předvídatelně řídit úkoly ve specifických časových omezeních, což je činí ideální pro aplikace.

Na druhé straně jsou MPU vhodné pro aplikace vyžadující vyšší výpočetní výkon.Jsou schopny provozovat plnohodnotné operační systémy, jako je Linux nebo Android, a poskytovat rozsáhlejší škálu funkcí ve srovnání s MCU.MPU se nacházejí ve složitějších systémech, jako jsou chytré telefony, tablety a pokročilé zabudované systémy.Nabízejí výkon zpracování nezbytnou pro manipulaci s velkými datovými sadami, spuštění více aplikací současně a provádění intenzivních výpočtů.

Volba mezi MCU a MPU závisí na tom, co vaše aplikace potřebuje.Pro úkoly, které potřebují rychlé a předvídatelné odpovědi, jsou MCU tou správnou volbou.U aplikací, které vyžadují hodně výkonu a mohou provozovat plné operační systémy, jsou MPU vhodnější.

Výběr mezi MCU a MPU

Při rozhodování mezi mikrokontrolérovou jednotkou (MCU) a mikroprocesorovou jednotkou (MPU) pro vaši aplikaci je třeba zvážit několik faktorů, aby se zajistilo, že se rozhodnete správně.

• Složitost aplikace

U jednodušších úkolů, které jsou primárně orientované na kontrolu, jako jsou provozní senzory, ovládání motorů nebo správa jednoduchých uživatelských vstupů, je obvykle dostačující MCU.MCU jsou navrženy pro specifické úkoly s nízkou komplexností a jsou efektivní při jejich zacházení s jejich integrovanými periferiemi a pamětí.

Na druhé straně, pokud je vaše aplikace složitá a náročná na datu, jako je spuštění pokročilých algoritmů, manipulace s velkými datovými sadami nebo zpracování vysokorychlostních datových toků, je MPU vhodnější.MPU mají vyšší výkon zpracování a mohou spravovat složité úkoly a silné výpočetní zatížení efektivněji než MCU.

• Požadavky na uživatelské rozhraní

Volba mezi MCU a MPU může také záviset na požadavcích na uživatelské rozhraní vaší aplikace.U aplikací se základními displeji, jako je jednoduchý text nebo základní grafický výstup, může MCU tyto úkoly spravovat efektivně.MCU dokáže zpracovat obrazovky s nízkým rozlišením a jednoduchá grafická rozhraní bez velkého zatěžování jejich zpracování.

Pokud však vaše aplikace vyžaduje pokročilá grafická rozhraní, jako jsou obrazovky s vysokým rozlišením, komplexní animace nebo interaktivní dotykové obrazovky, je MPU lepší volbou.MPU jsou navrženy tak, aby zpracovávaly sofistikovanější grafické zpracování a mohou podporovat displeje s vysokým rozlišením a bohatá uživatelská rozhraní.

• Spotřeba energie

Spotřeba energie je dalším velkým faktorem při výběru mezi MCU a MPU.U aplikací, kde záleží na nízkém využití energie, jako jsou zařízení ovládaná baterie nebo systémy úspory energie, jsou MCU ideální.MCU jsou vyrobeny tak, aby využívaly méně energie, takže je vhodné pro aplikace, kde je potřeba úspora energie.

Pokud výkon má přednost před spotřebou energie ve vaší aplikaci, MPU je vhodnou volbou.MPU obvykle spotřebovávají více energie díky jejich vyšších schopnostem zpracování a podpoře složitých úkolů, ale nabízejí výkon potřebný pro náročné aplikace.

• Potřeby připojení

Nakonec zvažte požadavky na připojení vaší aplikace.Pokud vaše aplikace zahrnuje vysokorychlostní komunikaci, více periferních rozhraní nebo rozsáhlé síťové schopnosti, je MPU lépe vybavena pro řešení těchto potřeb.MPU podporují různé vysokorychlostní komunikační protokoly a mohou spravovat více periferií současně, což je činí vhodné pro aplikace vyžadující robustní připojení.

Příklady: Arduino vs. Raspberry Pi

Obrázek 5: Arduino Uno a Raspberry Pi

Arduino a Raspberry Pi jsou dvě populární platformy pro elektronické projekty, z nichž každá má své jedinečné silné stránky a aplikace.Pochopení jejich rozdílů pomáhá určit, který z nich je vhodnější pro konkrétní projekt.

Arduino je postaveno na mikrokontroléru.Mikrokontrolér je kompaktní integrovaný obvod určený k řízení specifické operace v zabudovaném systému.Díky tomu je Arduino ideální pro jednoduché kontrolní úkoly.Vyniká v úkolech, které vyžadují přesné načasování a provoz v reálném čase, jako jsou data senzoru čtení, ovládání motorů a správa displejů LED.Platforma Arduino je známá pro snadné použití s ​​přímým programovacím prostředím, které umožňuje rychlé prototypování a nasazení.Díky jeho jednoduchosti je oblíbeným pro začátečníky a vzdělávací účely, jakož i pro projekty, kde je prioritou nízká spotřeba energie.

Na druhé straně je Raspberry Pi založen na mikroprocesoru, což je složitější a výkonnější integrovaný obvod schopný manipulovat s více úkoly současně.Díky tomu je Raspberry Pi vhodný pro složitější úkoly vyžadující vyšší výkon zpracování.Provozuje úplný operační systém, obvykle verzi Linuxu, což mu umožňuje provádět úkoly podobné stolnímu počítači.Raspberry Pi dokáže zpracovat prohlížení webových stránek, streamování videa a dokonce i spustit software, jako jsou textové procesory a tabulky.Díky schopnosti propojit se s různými periferiemi a podporou více programovacích jazyků je všestranná pro širokou škálu aplikací, od domácí automatizace a robotiky po mediální centra a síťové servery.

Arduino se svým mikrokontrolérem je nejlepší pro jednoduché úkoly v reálném čase, zatímco Raspberry Pi, se svým mikroprocesorem, je vhodný pro složitější aplikace, které vyžadují hodně výkonu.Znalost těchto základních rozdílů vám pomůže vybrat správnou platformu pro vaše potřeby projektu.

Závěr

Výběr mezi mikroprocesorovou jednotkou (MPU) a mikrokontrolérovou jednotkou (MCU) závisí na tom, co váš projekt potřebuje.MCU jsou ideální pro jednoduché úkoly, které vyžadují nízký výkon a jsou levné.Jsou skvělé pro pracovní místa, kde úspora energie a udržování věcí jednoduchých, jako je v domácích spotřebicích, automobilových systémech a základních ovládacích prvcích uživatelů.Na ruce vám MPU poskytují větší sílu a flexibilitu, což je dobré pro komplikované a datové úkoly.Dokážou zvládnout vysoce kvalitní grafiku, pokročilé výpočty a multitasking, které jsou užitečné pro zařízení, jako jsou chytré telefony, tablety a špičkové systémy.Znalost těchto rozdílů vám pomůže vybrat správnou část pro váš projekt a ujistit se, že funguje dobře a efektivně.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Může mikrokontrolér nahradit mikroprocesor?

Ne, mikrokontrolér nemůže nahradit mikroprocesor v úkolech vyžadujících vysoký výpočetní a komplexní operační systémy.Mikrokontroléry jsou navrženy pro specifické, jednoduché kontrolní úkoly s integrovanými periferiemi, zatímco mikroprocesory zpracovávají náročnější aplikace s externími komponenty.

2. Je Raspberry Pi mikrokontrolérem nebo mikroprocesorem?

Raspberry Pi je mikroprocesor.Používá mikroprocesorovou jednotku (MPU) a provozuje plný operační systém, díky čemuž je vhodná pro složité úkoly, které vyžadují vysokou schopnost zpracování a multitaskingové schopnosti.

3. Jaký je rozdíl mezi MCU a MPU?

MCU (jednotka MicroController) integruje CPU, paměť a periferie na jednom čipu určeném pro konkrétní kontrolní úkoly.MPU (mikroprocesorová jednotka) se opírá o externí komponenty pro paměť a periferie a nabízí větší výkon a flexibilitu pro komplexní aplikace.

4. Který je rychlejší, mikroprocesor nebo mikrokontrolér?

Mikroprocesor je obecně rychlejší než mikrokontrolér.Mikroprocesory jsou navrženy pro vysokorychlostní zpracování dat a zvládnou složitější úkoly, zatímco mikrokontroléry jsou optimalizovány pro specifické kontrolní úkoly s nižšími požadavky na zpracování.

5. Je mikrokontrolér CPU?

Mikrokontrolér zahrnuje CPU spolu s pamětí a periferiemi na jednom čipu.I když má CPU jako součást své architektury, není to jen CPU;Jedná se o kompletní výpočetní systém určený pro konkrétní úkoly.