La introducción de una pieza de tecnología llamada «Microprocesador» ha cambiado la forma en que vemos, analizamos y controlamos el mundo que nos rodea en las últimas dos décadas. El primer microprocesador comercial es el 4004 de 4 bits desarrollado por Intel y se puso a disposición en 1971.
Desde entonces, tuvo un éxito fenomenal en su desarrollo y uso. El microprocesador se considera un producto de desarrollos combinados en los campos de la arquitectura de computadoras y la fabricación de Circuitos Integrados (IC). Ha hecho que el concepto de computación personal sea muy factible.
El Microcontrolador es a menudo considerado como un subproducto en el desarrollo del microprocesador. El proceso de fabricación y la técnica de programación que son responsables en el desarrollo de microprocesadores también han llevado al desarrollo de microcontroladores.
Hasta hace una década, los microcontroladores son menos populares tanto en la comunidad técnica como en el público en general, a pesar de que la mayoría de los productos electrónicos de consumo como televisores, videojuegos, grabadoras de video, teléfonos, ascensores, etc. comprende de ellos.
Antes de ir a las diferencias entre microprocesador y microcontrolador o microcontrolador tabulado vs. microprocesador, veamos la breve introducción de microprocesador y microcontrolador.
Microprocesador
Un microprocesador, popularmente conocido como «computadora en un chip» en sus primeros días, es una unidad de procesamiento central de propósito general (CPU) fabricada en un solo circuito integrado (IC) y es una computadora digital completa (el microcontrolador posterior se considera una forma más precisa de computadora completa). Es un cerebro electrónico pequeño pero muy potente que funciona a una velocidad vertiginosa y se utiliza a menudo para llevar a cabo instrucciones de un programa de computadora con el fin de realizar operaciones aritméticas y lógicas, almacenar los datos, el control del sistema, las operaciones de entrada / salida, etc. según las instrucciones. El término clave en la definición de un microprocesador es «propósito general».
Significa que, con la ayuda de un microprocesador, se puede construir un sistema simple o una máquina grande y compleja a su alrededor con algunos componentes adicionales según la aplicación. La tarea principal de un microprocesador es aceptar datos como entrada de dispositivos de entrada, luego procesar estos datos de acuerdo con las instrucciones y proporcionar el resultado de estas instrucciones como salida a través de dispositivos de salida. El microprocesador es un ejemplo de dispositivo lógico secuencial, ya que tiene memoria interna y la usa para almacenar instrucciones.
El primer microprocesador comercial fue lanzado por Intel en noviembre de 1971, llamado 4004 (cuatro mil cuatro). Es un microprocesador de 4 bits.
Hay cinco componentes importantes en un microprocesador. Son Unidad Aritmética y Lógica( ALU), Unidad de Control, Registros, Decodificador de Instrucciones y Bus de Datos, pero los tres primeros se consideran componentes significativos. El diagrama de bloques de un microprocesador con estos componentes básicos se muestra a continuación.
La estructura interna de un microprocesador se muestra a continuación.
Los microprocesadores anteriores utilizaban la arquitectura Von Neumann, donde los datos y las instrucciones (programas) se almacenaban en la misma memoria. A pesar de que esta arquitectura es simple, hay muchos inconvenientes. Uno de los principales inconvenientes es que no se puede acceder a la instrucción y a los datos al mismo tiempo que comparten un único bus de datos. Esto a menudo degrada el rendimiento general del dispositivo. Más tarde, se introduce la arquitectura Harvard, que hace uso de memorias de programas y datos separadas con buses separados para que se pueda acceder a los datos y las instrucciones al mismo tiempo. Posteriormente se desarrolla una Arquitectura Harvard modificada en la que se accede a la memoria del programa como si fuera memoria de datos.
Hay tres características básicas que se utilizan para diferenciar los microprocesadores. Son conjunto de instrucciones, ancho de banda y velocidad de reloj. El conjunto de instrucciones está relacionado con la programación del microprocesador, que consiste principalmente en instrucciones que un microprocesador puede ejecutar. El ancho de banda indica el número máximo de bits procesados en una sola instrucción. La velocidad del reloj da no. de instrucciones que un procesador puede ejecutar por segundo. Por lo general, la velocidad del reloj está en MHz (Mega Hertz) o GHz (Giga Hertz). En general, las características de ancho de banda y velocidad de reloj se ven juntas. Cuanto más altos sean los valores de ambas características, más potente será el procesador.
El conjunto de instrucciones o la arquitectura de conjuntos de instrucciones (ISA) también desempeña un papel importante en el diseño y el funcionamiento de un procesador. Los microprocesadores se clasifican como CISC (Computadora con Conjunto de Instrucciones Complejo) o RISC (Computadora con Conjunto de Instrucciones Reducido).
La arquitectura CISC consiste en un conjunto completo de instrucciones que son complejas, más grandes, tienen más potencia computacional, etc. Se puede usar una única instrucción CISC para ejecutar varias operaciones de bajo nivel, operaciones de varios pasos y múltiples modos de direccionamiento. El tiempo de ejecución de estas instrucciones es largo. El X86 de Intel es un ejemplo de arquitectura CISC.
La arquitectura RISC se desarrolló al darse cuenta de que en lugar de usar un conjunto completo de instrucciones, solo las instrucciones utilizadas con frecuencia son suficientes. En esta arquitectura, las instrucciones son pequeñas y altamente optimizadas. Los procesadores RISC se utilizan cuando el tiempo de ejecución de la instrucción debe ser menor y el costo de desarrollo es menor. Los dispositivos ARM se basan en la arquitectura ARM, que es un subconjunto de RISC.
Microcontrolador
La razón principal del desarrollo del microcontrolador es superar el único inconveniente del microprocesador. A pesar de que los microprocesadores son dispositivos potentes, requieren chips externos como RAM, ROM, puertos de Entrada / Salida y otros componentes para diseñar un sistema de trabajo completo. Esto dificultó económicamente el desarrollo de aparatos de consumo informatizados a gran escala, ya que el costo del sistema es muy alto. Los microcontroladores son los dispositivos que realmente se ajustan al perfil «Ordenador en un chip», ya que consiste en una unidad de procesamiento principal o procesador junto con algunos otros componentes que son necesarios para convertirlo en un ordenador completo. Los componentes que están presentes en un IC de microcontrolador típico son CPU, memoria, puertos de entrada / salida y temporizadores. El primer microcontrolador fue desarrollado en 1971 por Texas Instruments y se llama TMS 1000. Se puso a disposición para uso comercial en 1974. El diagrama de bloques de un microcontrolador se muestra a continuación.
Los microcontroladores se utilizan básicamente en sistemas embebidos. El control computarizado o digital de dispositivos se hace plausible con el desarrollo de microcontroladores. El proceso de desarrollo del microcontrolador es similar al de un microprocesador.
Los microcontroladores se pueden clasificar según el ancho del bus, la estructura de la memoria y el conjunto de instrucciones. Ancho de bus indica el tamaño del bus de datos. Los microcontroladores se pueden clasificar en 8 bits, 16 bits o 32 bits según el ancho del bus. Los anchos de bus más altos a menudo resultan en un mejor rendimiento. Los microcontroladores se pueden dividir en dos tipos en función de sus estructuras de memoria: Memoria integrada y Memoria externa. En el caso de microcontroladores de memoria embebida, la memoria de datos y programa requerida está incrustada en el IC. Mientras que los microcontroladores de memoria externa no tienen memoria de programa incrustada en ellos y requieren un chip externo para el mismo. Hoy en día, todos los microcontroladores son microcontroladores de memoria integrada. La clasificación basada en el conjunto de instrucciones es similar a la de un microprocesador. Pueden ser CISC o RISC. La mayoría de los microcontroladores siguen la arquitectura CISC con más de 80 instrucciones. Los microcontroladores también se pueden dividir en von Neumann y Harvard en función de su arquitectura informática.
La siguiente tabla resume algunas de las diferencias entre microprocesadores y microcontroladores.
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| Microprocesador asimila la función de una unidad central de procesamiento (CPU) en un solo circuito integrado (IC). | El microcontrolador se puede considerar como una computadora pequeña que tiene un procesador y algunos otros componentes para convertirla en una computadora. |
| Los microprocesadores se utilizan principalmente en el diseño de sistemas de propósito general, desde sistemas pequeños a grandes y complejos, como los súper ordenadores. | Los microcontroladores se utilizan en dispositivos controlados automáticamente. |
| Los microprocesadores son componentes básicos de las computadoras personales. | Los microcontroladores se utilizan generalmente en sistemas integrados |
| La capacidad computacional del microprocesador es muy alta. Por lo tanto, puede realizar tareas complejas. | Menos capacidad computacional en comparación con los microprocesadores. Generalmente se usa para tareas más simples. |
| Un sistema basado en microprocesador puede realizar numerosas tareas. | Un sistema basado en microcontroladores puede realizar una o muy pocas tareas. |
| Los microprocesadores tienen Coprocesador Matemático integrado. Los cálculos matemáticos complejos que implican coma flotante se pueden realizar con gran facilidad. | Los microcontroladores no tienen coprocesadores matemáticos. Utilizan software para realizar cálculos de punto flotante que ralentizan el dispositivo. |
| La tarea principal del microprocesador es realizar el ciclo de instrucción repetidamente. Esto incluye buscar, decodificar y ejecutar. | Además de realizar las tareas de buscar, decodificar y ejecutar, un microcontrolador también controla su entorno en función de la salida del ciclo de instrucciones. |
| Para construir o diseñar un sistema (computadora), un microprocesador tiene que estar conectado externamente a algunos otros componentes como Memoria (RAM y ROM) y puertos de Entrada / Salida. | El IC de un microcontrolador tiene memoria (tanto RAM como ROM) integrada junto con algunos otros componentes como dispositivos de E / S y temporizadores. |
| El costo total de un sistema construido con un microprocesador es alto. Esto se debe a la necesidad de componentes externos. | El costo de un sistema construido con un microcontrolador es menor, ya que todos los componentes están disponibles fácilmente. |
| Generalmente, el consumo de energía y la disipación son altos debido a los dispositivos externos. Por lo tanto, requiere un sistema de refrigeración externo. | El consumo de energía es menor. |
| La frecuencia de reloj es muy alta generalmente en el orden de Giga Hertz. | La frecuencia de reloj suele estar menos en el orden de Mega Hertz. |
| El rendimiento de las instrucciones tiene mayor prioridad que la latencia de interrupción. | Por el contrario, los microcontroladores están diseñados para optimizar la latencia de interrupción. |
| Tiene pocas instrucciones de manipulación de bits | La manipulación de bits es una característica potente y ampliamente utilizada en microcontroladores. Tienen numerosas instrucciones de manipulación de bits. |
| Por lo general, los microprocesadores no se utilizan en sistemas en tiempo real, ya que dependen en gran medida de varios otros componentes. | Los microcontroladores se utilizan para manejar tareas en tiempo real, ya que son dispositivos de programación única, autosuficientes y orientados a tareas. |
Dejando de lado las diferencias entre el microprocesador y el microcontrolador, está claro que un microprocesador no puede reemplazar a un microcontrolador y viceversa. Ambas piezas de tecnología tienen su forma única de uso en aplicaciones.
