Die Einführung einer Technologie namens „Mikroprozessor“ hat die Art und Weise verändert, wie wir die uns umgebende Welt in den letzten zwei Jahrzehnten betrachten, analysieren und steuern. Der erste kommerzielle Mikroprozessor ist 4-Bit 4004 von Intel entwickelt und wurde 1971 zur Verfügung gestellt.
Seitdem hat es einen phänomenalen Erfolg in seiner Entwicklung und Nutzung. Mikroprozessor wird als Produkt kombinierter Entwicklungen auf den Gebieten der Computerarchitektur und der Herstellung integrierter Schaltkreise (IC) angesehen. Es hat das Konzept des Personal Computing sehr realisierbar gemacht.
Der Mikrocontroller wird oft als Nebenprodukt bei der Entwicklung von Mikroprozessoren betrachtet. Der Herstellungsprozess und die Programmiertechnik, die für die Entwicklung von Mikroprozessoren verantwortlich sind, haben auch zur Entwicklung von Mikrocontrollern geführt.
Bis vor einem Jahrzehnt sind die Mikrocontroller sowohl in der technischen Gemeinschaft als auch in der Öffentlichkeit weniger beliebt, obwohl die meisten Unterhaltungselektronik wie Fernseher, Videospiele, Videokassettenrekorder, Telefone, Aufzüge usw. einer von ihnen.
Bevor wir zu den Unterschieden zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller oder zur Tabellierung von Mikrocontroller und Mikroprozessor gehen, sehen wir uns die kurze Einführung von Mikroprozessor und Mikrocontroller an.
Mikroprozessor
Ein Mikroprozessor, in seinen frühen Tagen im Volksmund als „Computer on a Chip“ bekannt, ist eine Allzweck-Zentraleinheit (CPU), die auf einem einzigen integrierten Schaltkreis (IC) hergestellt wird und ein vollständiger digitaler Computer ist (späterer Mikrocontroller wird als genauere Form eines vollständigen Computers angesehen). Es ist ein kleines, aber sehr leistungsfähiges elektronisches Gehirn, das mit einer Blasengeschwindigkeit arbeitet und oft verwendet wird, um Anweisungen eines Computerprogramms auszuführen, um arithmetische und logische Operationen durchzuführen, die Daten zu speichern, Systemsteuerung, Eingabe / Ausgabe-Operationen usw. gemäß den Anweisungen. Der Schlüsselbegriff in der Definition eines Mikroprozessors ist „Allzweck“.
Es bedeutet, dass man mit Hilfe eines Mikroprozessors ein einfaches System oder eine große und komplexe Maschine mit ein paar zusätzlichen Komponenten je nach Anwendung aufbauen kann. Die Hauptaufgabe eines Mikroprozessors besteht darin, Daten als Eingabe von Eingabegeräten zu akzeptieren, diese Daten dann gemäß den Anweisungen zu verarbeiten und das Ergebnis dieser Anweisungen als Ausgabe durch Ausgabegeräte bereitzustellen. Der Mikroprozessor ist ein Beispiel für ein sequentielles Logikgerät, da er intern über Speicher verfügt und zum Speichern von Anweisungen verwendet wird.
Der erste kommerzielle Mikroprozessor wurde von Intel im Jahr 1971 veröffentlicht und als 4004 (viertausendvier) bezeichnet. Es ist ein 4-Bit-Mikroprozessor.
Es gibt fünf wichtige Komponenten in einem Mikroprozessor. Sie sind Arithmetik- und Logikeinheit (ALU), Steuereinheit, Register, Befehlsdecoder und Datenbus, aber die ersten drei werden als wesentliche Komponenten betrachtet. Das Blockschaltbild eines Mikroprozessors mit diesen Grundkomponenten ist unten dargestellt.
Die interne Struktur eines Mikroprozessors ist unten dargestellt.
Frühere Mikroprozessoren verwendeten die Von-Neumann-Architektur, bei der die Daten und Anweisungen (Programme) im selben Speicher gespeichert sind. Obwohl diese Architektur einfach ist, gibt es viele Nachteile. Einer der Hauptnachteile besteht darin, dass auf Anweisungen und Daten nicht gleichzeitig zugegriffen werden kann, da sie sich einen einzigen Datenbus teilen. Dies verschlechtert häufig die Gesamtleistung des Geräts. Später wird eine Architektur eingeführt, die separate Programm- und Datenspeicher mit separaten Bussen verwendet, so dass gleichzeitig auf Daten und Anweisungen zugegriffen werden kann. Später wird eine modifizierte Harvard-Architektur entwickelt, bei der auf den Programmspeicher zugegriffen wird, als wäre es ein Datenspeicher.
Zur Unterscheidung von Mikroprozessoren werden drei grundlegende Merkmale verwendet. Sie sind Befehlssatz, Bandbreite und Taktrate. Der Befehlssatz bezieht sich auf die Programmierung des Mikroprozessors, der hauptsächlich aus Anweisungen besteht, die ein Mikroprozessor ausführen kann. Die Bandbreite gibt die maximale Anzahl von Bits an, die in einem einzelnen Befehl verarbeitet werden. Taktrate gibt keine. von Anweisungen, die ein Prozessor pro Sekunde ausführen kann. Normalerweise ist die Taktrate in MHz (Megahertz) oder GHz (Gigahertz) angegeben. Im Allgemeinen werden die Eigenschaften Bandbreite und Taktrate zusammen betrachtet. Je höher die Werte dieser beiden Eigenschaften sind, desto leistungsfähiger ist der Prozessor.
Befehlssatz oder Befehlssatzarchitektur (ISA) spielt auch eine wichtige Rolle beim Design und der Funktionsweise eines Prozessors. Mikroprozessoren werden entweder als CISC (Complex Instruction Set Computer) oder RISC (Reduced Instruction Set Computer) klassifiziert.
Die CISC-Architektur besteht aus einem vollständigen Satz von Anweisungen, die komplex, größer, mit mehr Rechenleistung usw. sind. Ein einzelner CISC-Befehl kann verwendet werden, um mehrere Low-Level-Operationen, mehrstufige Operationen und mehrere Adressierungsmodi auszuführen. Die Ausführungszeit dieser Anweisungen ist lang. Intels X86 ist ein Beispiel für CISC-Architektur.
Die RISC-Architektur wurde entwickelt, indem erkannt wurde, dass anstelle des vollständigen Befehlssatzes nur die häufig verwendeten Anweisungen ausreichen. In dieser Architektur sind die Anweisungen klein und stark optimiert. RISC-Prozessoren werden verwendet, wenn die Ausführungszeit des Befehls geringer sein sollte und die Entwicklungskosten geringer sind. Die ARM-Geräte basieren auf der ARM-Architektur, die eine Teilmenge von RISC ist.
Mikrocontroller
Der Hauptgrund für die Entwicklung von Mikrocontrollern besteht darin, den einzigen Nachteil des Mikroprozessors zu überwinden. Obwohl Mikroprozessoren leistungsstarke Geräte sind, benötigen sie externe Chips wie RAM, ROM, Eingangs- / Ausgangsanschlüsse und andere Komponenten, um ein vollständig funktionierendes System zu entwerfen. Dies machte es wirtschaftlich schwierig, computergestützte Verbrauchergeräte in großem Maßstab zu entwickeln, da die Systemkosten sehr hoch sind. Mikrocontroller sind die Geräte, die tatsächlich zum Profil „Computer – on –a-Chip“ passen, da sie aus einer Hauptverarbeitungseinheit oder einem Prozessor zusammen mit einigen anderen Komponenten bestehen, die erforderlich sind, um einen vollständigen Computer zu erstellen. Die Komponenten, die auf einem typischen Mikrocontroller-IC vorhanden sind, sind CPU, Speicher, Eingangs- / Ausgangsanschlüsse und Timer. Der erste Mikrocontroller wurde 1971 von Texas Instruments entwickelt und heißt TMS 1000. Es wurde 1974 für den kommerziellen Gebrauch zur Verfügung gestellt. Das Blockschaltbild eines Mikrocontrollers ist unten dargestellt.
Mikrocontroller sind grundsätzlich verwendet in embedded systeme. Die computergestützte oder digitale Steuerung von Geräten wird mit der Entwicklung von Mikrocontrollern plausibel gemacht. Der Entwicklungsprozess eines Mikrocontrollers ähnelt dem eines Mikroprozessors.
Mikrocontroller können nach Busbreite, Speicherstruktur und Befehlssatz klassifiziert werden. Busbreite gibt die Größe des Datenbusses an. Mikrocontroller können je nach Busbreite als 8– Bit, 16 – Bit oder 32–Bit klassifiziert werden. Höhere Busbreiten führen oft zu einer besseren Leistung. Mikrocontroller können basierend auf ihren Speicherstrukturen in zwei Typen unterteilt werden: Eingebetteter Speicher und externer Speicher. Bei eingebetteten Speicher-Mikrocontrollern ist der erforderliche Daten- und Programmspeicher in den IC eingebettet. Während externe Speichermikrocontroller keinen Programmspeicher eingebettet haben und dafür einen externen Chip benötigen. Heute sind alle Mikrocontroller eingebettete Speichermikrocontroller. Die Klassifizierung nach Befehlssatz ähnelt der eines Mikroprozessors. Sie können entweder CISC oder RISC sein. Die meisten Mikrocontroller folgen der CISC-Architektur mit über 80 Anweisungen. Mikrocontroller können auch basierend auf ihrer Computerarchitektur in von Neumann und Harvard unterteilt werden.
Die folgende Tabelle veranschaulicht einige der Unterschiede zwischen Mikroprozessoren und Mikrocontrollern.
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| Mikroprozessor assimiliert die Funktion einer Zentraleinheit (CPU) auf eine einzige integrierte Schaltung (IC). | Mikrocontroller kann als kleiner Computer betrachtet werden, der über einen Prozessor und einige andere Komponenten verfügt, um ihn zu einem Computer zu machen. |
| Mikroprozessoren werden hauptsächlich bei der Entwicklung von Allzwecksystemen von kleinen bis zu großen und komplexen Systemen wie Supercomputern verwendet. | Mikrocontroller werden in automatisch gesteuerten Geräten verwendet. |
| Mikroprozessoren sind grundlegende Komponenten von Personalcomputern. | Mikrocontroller werden im Allgemeinen in eingebetteten Systemen eingesetzt |
| Die Rechenleistung des Mikroprozessors ist sehr hoch. Sie können komplexe Aufgaben ausführen. | Weniger Rechenleistung im Vergleich zu Mikroprozessoren. Wird normalerweise für einfachere Aufgaben verwendet. |
| Ein mikroprozessorbasiertes System kann zahlreiche Aufgaben ausführen. | Ein Mikrocontroller-basiertes System kann einzelne oder sehr wenige Aufgaben ausführen. |
| Mikroprozessoren haben einen integrierten mathematischen Coprozessor. Komplexe mathematische Berechnungen, die Gleitkomma beinhalten, können mit großer Leichtigkeit durchgeführt werden. | Mikrocontroller haben keine mathematischen Coprozessoren. Sie verwenden Software, um Gleitkommaberechnungen durchzuführen, die das Gerät verlangsamen. |
| Die Hauptaufgabe des Mikroprozessors besteht darin, den Befehlszyklus wiederholt auszuführen. Dazu gehören fetch, decode und execute. | Zusätzlich zu den Aufgaben fetch, Decode und execute steuert ein Mikrocontroller auch seine Umgebung basierend auf der Ausgabe des Befehlszyklus. |
| Um ein System (Computer) zu bauen oder zu entwerfen, muss ein Mikroprozessor extern mit einigen anderen Komponenten wie Speicher (RAM und ROM) und Eingangs- / Ausgangsanschlüssen verbunden werden. | Der IC eines Mikrocontrollers verfügt über einen integrierten Speicher (RAM und ROM) sowie einige andere Komponenten wie E / A-Geräte und Timer. |
| Die Gesamtkosten eines mit einem Mikroprozessor aufgebauten Systems sind hoch. Dies liegt an der Anforderung externer Komponenten. | Die Kosten eines Systems, das mit einem Mikrocontroller gebaut wird, sind geringer, da alle Komponenten leicht verfügbar sind. |
| Im Allgemeinen ist der Stromverbrauch und die Verlustleistung aufgrund der externen Geräte hoch. Daher erfordert es ein externes Kühlsystem. | Power verbrauch ist weniger. |
| Die Taktfrequenz ist normalerweise in der Größenordnung von Gigahertz sehr hoch. | Taktfrequenz ist weniger in der Regel in der Größenordnung von Mega Hertz. |
| Der Befehlsdurchsatz hat eine höhere Priorität als die Interrupt-Latenz. | Im Gegensatz dazu sind Mikrocontroller so konzipiert, dass sie die Interrupt-Latenz optimieren. |
| Haben einige bit manipulation anweisungen | Bit manipulation ist leistungsstarke und weit verbreitet funktion in mikrocontroller. Sie haben zahlreiche Bitmanipulationsanweisungen. |
| Im Allgemeinen werden Mikroprozessoren in Echtzeitsystemen nicht verwendet, da sie stark von mehreren anderen Komponenten abhängig sind. | Mikrocontroller werden zur Bearbeitung von Echtzeitaufgaben verwendet, da es sich um einzeln programmierte, autarke und aufgabenorientierte Geräte handelt. |
Abgesehen von den Unterschieden zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller ist klar, dass ein Mikroprozessor einen Mikrocontroller nicht ersetzen kann und umgekehrt. Beide Technologien haben ihre einzigartige Art der Anwendung in Anwendungen.
