”Mikroprosessoriksi” kutsutun teknologian käyttöönotto on muuttanut tapaa, jolla tarkastelemme, analysoimme ja hallitsemme ympäröivää maailmaa kahden viime vuosikymmenen aikana. Ensimmäinen kaupallinen mikroprosessori on Intelin kehittämä 4-bittinen 4004, joka tuli saataville vuonna 1971.
siitä lähtien sen kehitys ja käyttö on ollut ilmiömäistä. Mikroprosessoria pidetään tietokonearkkitehtuurin ja integroitujen piirien (IC) valmistuksen yhdistetyn kehityksen tuotteena. Se on tehnyt henkilökohtaisen laskennan käsitteestä erittäin toteuttamiskelpoisen.
Mikrokontrolleria pidetään usein sivutuotteena mikroprosessorin kehityksessä. Valmistusprosessi ja ohjelmointitekniikka, jotka ovat vastuussa mikroprosessorien kehityksestä, ovat myös johtaneet mikrokontrollereiden kehittämiseen.
vielä vuosikymmen sitten mikrokontrollerit ovat vähemmän suosittuja niin teknisessä yhteisössä kuin yleisössäkin, vaikka suurin osa kulutuselektroniikasta, kuten televisiot, Videopelit, kasettinauhurit, puhelimet, hissit jne. koostuu niistä.
ennen kuin mennään mikroprosessorin ja mikrokontrollerin tai mikrokontrollerin ja mikroprosessorin välisiin eroihin, katsotaan mikroprosessorin ja mikrokontrollerin lyhyt esittely.
mikroprosessori
mikroprosessori, joka alkuaikoinaan tunnettiin nimellä ”tietokone sirulla”, on yleiskäyttöinen keskusyksikkö (CPU), joka on valmistettu yhdelle integroidulle piirille (IC) ja on täydellinen digitaalinen tietokone (myöhemmin mikrokontrolleria pidetään tarkempana kokonaisen tietokoneen muotona). Se on pieni, mutta erittäin tehokas elektroninen aivot, joka toimii rakkuloita nopeudella ja käytetään usein suorittaa ohjeita tietokoneohjelman suorittaa aritmeettisia ja loogisia operaatioita, tallentaa tiedot, järjestelmän ohjaus, tulo / lähtö operaatioita jne. ohjeiden mukaan. Keskeinen termi mikroprosessorin määritelmässä on ”yleiskäyttöinen”.
se tarkoittaa, että mikroprosessorin avulla voidaan rakentaa yksinkertainen järjestelmä tai suuri ja monimutkainen kone sen ympärille muutamalla lisäosalla sovelluksen mukaan. Mikroprosessorin päätehtävä on hyväksyä tiedot syöttölaitteilta, sitten käsitellä nämä tiedot ohjeiden mukaisesti ja antaa näiden ohjeiden tulos ulostulona ulostulolaitteiden kautta. Mikroprosessori on esimerkki sekventiaalisesta logiikkalaitteesta, sillä siinä on sisäistä muistia ja se käyttää sitä ohjeiden tallentamiseen.
Intel julkaisi ensimmäisen kaupallisen mikroprosessorin vuonna 1971 marraskuussa nimellä 4004 (nelituhattanelonen). Se on 4-bittinen mikroprosessori.
mikroprosessorissa on viisi tärkeää komponenttia. Ne ovat aritmeettinen ja logiikkayksikkö (ALU), Ohjausyksikkö, rekisterit, ohjeen dekooderi ja dataväylä, mutta kolmea ensimmäistä pidetään merkittävinä komponentteina. Alla on esitetty mikroprosessorin lohkokaavio, jossa on nämä perusosat.
mikroprosessorin sisäinen rakenne on esitetty alla.
aikaisemmat mikroprosessorit käyttivät Von Neumannin arkkitehtuuria, jossa tiedot ja ohjeet (ohjelmat) on tallennettu samaan muistiin. Vaikka tämä arkkitehtuuri on yksinkertainen, on monia vetää takaisin. Yksi suurimmista haitoista on se, että opetusta ja dataa ei voi käyttää samaan aikaan, kun ne jakavat yhden dataväylän. Tämä usein heikentää laitteen yleistä suorituskykyä. Myöhemmin esitellään Harvard-arkkitehtuuri, jossa käytetään erillisiä ohjelma-ja datamuisteja erillisillä väylillä niin, että sekä dataa että ohjeita pääsee käsiksi samaan aikaan. Myöhemmin on kehitetty muunneltua Harvard-arkkitehtuuria, jossa ohjelmamuistiin päästään käsiksi ikään kuin se olisi datamuistia.
mikroprosessorien erottamiseen käytetään kolmea perusominaisuutta. Ne ovat ohjesarja, kaistanleveys ja kellotaajuus. Instruction set liittyy mikroprosessorin ohjelmointiin, joka koostuu pääasiassa ohjeista, joita mikroprosessori voi suorittaa. Kaistanleveys ilmaisee yhden käskyn aikana käsiteltyjen bittien enimmäismäärän. Kellotaajuus antaa ei. ohjeita prosessori voi suorittaa sekunnissa. Yleensä kellotaajuus on MHz (Mega Hertsi) tai GHz (Giga Hertsi). Yleensä ominaisuudet kaistanleveys ja kellotaajuus tarkastellaan yhdessä. Mitä korkeammat näiden molempien ominaisuuksien arvot ovat, sitä tehokkaampi prosessori on.
Instruction set tai instruction set architecture (isa) on myös tärkeä rooli suorittimen suunnittelussa ja toiminnassa. Mikroprosessorit luokitellaan joko CISC: ksi (Complex Instruction Set Computer) tai RISC: ksi (Reduced Instruction Set Computer).
CISC-arkkitehtuuri koostuu kokonaisista ohjeista, jotka ovat monimutkaisia, suurempia, joilla on enemmän laskentatehoa ja niin edelleen. Yhtä CISC-ohjetta voidaan käyttää useiden matalan tason operaatioiden, monivaiheisten operaatioiden ja useiden osoitetilojen suorittamiseen. Näiden ohjeiden toteutusaika on pitkä. Intelin X86 on esimerkki CISC-arkkitehtuurista.
RISC-arkkitehtuuri kehitettiin ymmärtämällä, että kokonaisten ohjeiden sijaan vain usein käytetyt ohjeet ovat riittäviä. Tässä arkkitehtuurissa ohjeet ovat pieniä ja erittäin optimoituja. RISC-suorittimia käytetään silloin, kun opetuksen suoritusaika on pienempi ja kehityskustannukset pienemmät. ARM-laitteet perustuvat ARM-arkkitehtuuriin, joka on RISC: n osajoukko.
Mikrokontrolleri
pääsyy mikrokontrollerin kehittämiseen on mikroprosessorin ainoan epäkohdan korjaaminen. Vaikka mikroprosessorit ovat tehokkaita laitteita, ne vaativat ulkoisia siruja, kuten RAM-muistia, ROM-muistia, Tulo – / Lähtöportteja ja muita komponentteja, jotta voidaan suunnitella täydellinen toimiva järjestelmä. Tämän vuoksi oli taloudellisesti vaikeaa kehittää tietokoneistettuja kuluttajalaitteita laajamittaisesti, koska järjestelmäkustannukset ovat erittäin korkeat. Mikrokontrollerit ovat laitteita, jotka todella sopivat profiiliin ”Computer – on – a chip”, koska se koostuu pääkäsittelyyksiköstä tai prosessorista yhdessä joidenkin muiden komponenttien kanssa, jotka ovat tarpeen tehdä siitä täydellinen tietokone. Komponentit, jotka ovat läsnä tyypillinen Mikrokontrolleri IC ovat CPU, muisti, tulo / lähtö portit ja ajastimet. Texas Instruments kehitti ensimmäisen mikrokontrollerin vuonna 1971 ja se on nimeltään TMS 1000. Se tuli kaupalliseen käyttöön vuonna 1974. Mikrokontrollerin lohkokaavio on esitetty alla.
mikrokontrollereita käytetään periaatteessa sulautetuissa järjestelmissä. Laitteiden tietokoneistettu tai digitaalinen ohjaus tehdään uskottavaksi mikrokontrollereiden kehittämisen myötä. Mikrokontrollerin kehitysprosessi on samankaltainen kuin mikroprosessorin.
Mikrokontrollerit voidaan luokitella väylän leveyden, muistirakenteen ja ohjesarjan perusteella. Väylän leveys kertoo dataväylän koon. Mikrokontrollerit voidaan luokitella 8–, 16 – tai 32 – bittisiksi väylän leveyden perusteella. Suuremmat väyläleveydet johtavat usein parempaan suorituskykyyn. Mikrokontrollerit voidaan jakaa muistirakenteidensa perusteella kahteen tyyppiin: sulautettuun muistiin ja ulkoiseen muistiin. Jos kyseessä on upotettu muisti mikrokontrollerit, tarvittavat tiedot ja ohjelman muisti on upotettu IC. Kun taas ulkoinen muisti mikrokontrollerit eivät ole ohjelmamuisti upotettu niihin ja vaativat ulkoisen sirun samaan. Nyt päivä, kaikki mikrokontrollerit ovat sulautettuja muisti mikrokontrollereita. Ohjejoukkoon perustuva luokitus on samankaltainen kuin mikroprosessorilla. Ne voivat olla joko CISC tai RISC. Suurin osa mikrokontrollereista noudattaa CISC-arkkitehtuuria yli 80 ohjeella. Mikrokontrollerit voidaan myös jakaa tietokonearkkitehtuurinsa perusteella von Neumanniin ja Harvardiin.
seuraavassa taulukossa esitetään joitakin mikroprosessorien ja mikrokontrollereiden välisiä eroja.
 |
 |
| mikroprosessori rinnastaa keskusyksikön (CPU) toiminnan yhteen integroituun piiriin (IC). | Mikrokontrolleria voidaan pitää pienenä tietokoneena, jossa on suoritin ja joitakin muita komponentteja, jotta siitä voidaan tehdä tietokone. |
| mikroprosessoreita käytetään pääasiassa yleiskäyttöisten järjestelmien suunnittelussa pienistä suuriin ja monimutkaisiin järjestelmiin, kuten supertietokoneisiin. | mikrokontrollereita käytetään automaattisesti ohjattavissa laitteissa. |
| mikroprosessorit ovat henkilökohtaisten tietokoneiden perusosia. | mikrokontrollereita käytetään yleensä sulautetuissa järjestelmissä |
| mikroprosessorin laskennallinen kapasiteetti on erittäin korkea. Siksi voi suorittaa monimutkaisia tehtäviä. | pienempi laskentakapasiteetti verrattuna mikroprosessoreihin. Käytetään yleensä yksinkertaisempiin tehtäviin. |
| mikroprosessoripohjainen järjestelmä voi suorittaa lukuisia tehtäviä. | mikrokontrolleripohjainen järjestelmä voi suorittaa yksittäisiä tai hyvin harvoja tehtäviä. |
| mikroprosessoreissa on integroitu Matematiikkakoprosessori. Monimutkaisia matemaattisia laskelmia, joihin liittyy liukuluku voidaan suorittaa erittäin helposti. | Mikrokontrollereissa ei ole matematiikkakolikoita. He käyttävät ohjelmistoja liukulukulaskelmien suorittamiseen, mikä hidastaa laitetta. |
| mikroprosessorin päätehtävä on suorittaa ohjesykli toistuvasti. Tämä sisältää noudon, dekoodauksen ja suorituksen. | nouto -, purku-ja suoritustehtävien suorittamisen lisäksi Mikrokontrolleri ohjaa ympäristöään ohjesyklin tuotoksen perusteella. |
| jotta järjestelmä (tietokone) voidaan rakentaa tai suunnitella, mikroprosessori on kytkettävä ulkoisesti joihinkin muihin komponentteihin, kuten muistiin (RAM ja ROM) ja tulo / lähtö portteihin. | mikrokontrollerin IC: ssä on muistia (sekä RAM-muistia että ROM-muistia), johon on integroitu joitakin muita komponentteja, kuten I / O-laitteita ja ajastimia. |
| mikroprosessoria käyttäen rakennetun järjestelmän kokonaiskustannukset ovat korkeat. Tämä johtuu ulkoisten komponenttien vaatimuksesta. | mikrokontrollerilla rakennetun järjestelmän kustannukset ovat pienemmät, koska kaikki komponentit ovat helposti saatavilla. |
| yleensä virrankulutus ja häviö on suuri, koska ulkoiset laitteet. Siksi se vaatii ulkoisen Jäähdytysjärjestelmän. | virrankulutus on pienempi. |
| kellotaajuus on hyvin korkea yleensä Giga hertsin luokkaa. | kellotaajuus on harvemmin Mega hertsin luokkaa. |
| ohjeen läpimeno on tärkeämpi kuin keskeytysviive. | sen sijaan mikrokontrollerit on suunniteltu optimoimaan keskeytysviivettä. |
| on vähän bit manipulointi ohjeet | Bit manipulointi on tehokas ja laajalti käytetty ominaisuus mikrokontrollerit. Heillä on lukuisia bittimanipulaatio-ohjeita. |
| yleensä mikroprosessoreita ei käytetä reaaliaikajärjestelmissä, koska ne ovat erittäin riippuvaisia useista muista komponenteista. | mikrokontrollereita käytetään reaaliaikaisten tehtävien hoitamiseen, koska ne ovat yksittäisohjelmoituja, omavaraisia ja tehtäväsuuntautuneita laitteita. |
kun otetaan huomioon mikroprosessorin ja mikrokontrollerin väliset erot, on selvää, että mikroprosessori ei voi korvata mikrokontrolleria ja päinvastoin. Molemmilla teknologioilla on ainutlaatuinen käyttötapansa sovelluksissa.
