a “mikroprocesszor” nevű technológia bevezetése megváltoztatta azt a módot, ahogyan a minket körülvevő világot látjuk, elemezzük és irányítjuk az elmúlt két évtizedben. Az első kereskedelmi mikroprocesszor az Intel által kifejlesztett 4 bites 4004, amelyet 1971-ben bocsátottak rendelkezésre.
azóta fenomenális sikert aratott fejlesztése és használata. A mikroprocesszor a számítógépes architektúra és az integrált áramkörök (IC) gyártásának kombinált fejlesztéseinek terméke. Nagyon megvalósíthatóvá tette a személyi számítástechnika fogalmát.
a mikrokontrollert gyakran mellékterméknek tekintik a mikroprocesszor fejlesztésében. A mikroprocesszorok fejlesztéséért felelős gyártási folyamat és programozási technika a mikrokontrollerek fejlesztéséhez is vezetett.
egy évtizeddel ezelőttig a mikrovezérlők kevésbé népszerűek mind a műszaki közösségben, mind a nagyközönségben, annak ellenére, hogy a fogyasztói elektronika nagy része, mint a televíziók, videojátékok, videokazetta-felvevők, telefonok, liftek stb. tartalmazza őket.
mielőtt a mikroprocesszor és a mikrovezérlő közötti különbségekre vagy a mikrovezérlő és a mikroprocesszor közötti táblázatos mikrovezérlőkre térnénk, nézzük meg a mikroprocesszor és a mikrovezérlő rövid bemutatását.
mikroprocesszor
a mikroprocesszor, közismert nevén “számítógép egy chipen”, egy általános célú központi feldolgozó egység (CPU), amelyet egyetlen integrált áramkörön (IC) gyártanak, és teljes digitális számítógép (később a mikrovezérlőt a teljes számítógép pontosabb formájának tekintik). Ez egy kicsi, de nagyon erős elektronikus agy, amely hólyagosodási sebességgel működik, és gyakran használják egy számítógépes program utasításainak végrehajtására aritmetikai és logikai műveletek végrehajtása, az adatok tárolása, a rendszervezérlés, a bemeneti / kimeneti műveletek stb. az utasítások szerint. A mikroprocesszor meghatározásának kulcsfogalma az “általános cél”.
ez azt jelenti, hogy egy mikroprocesszor segítségével egy egyszerű rendszert vagy egy nagy és összetett gépet lehet építeni körülötte, néhány extra komponenssel az alkalmazás szerint. A mikroprocesszor fő feladata, hogy bemeneti adatként fogadja az adatokat a bemeneti eszközökből, majd feldolgozza ezeket az adatokat az utasításoknak megfelelően, és ezen utasítások eredményét kimeneti eszközökön keresztül adja meg. A mikroprocesszor egy példa a szekvenciális logikai eszközre, mivel belső memóriával rendelkezik, és utasítások tárolására használja.
az első kereskedelmi mikroprocesszort az Intel 1971 novemberében adta ki 4004 (négyezer – négy) néven. Ez egy 4 bites mikroprocesszor.
a mikroprocesszornak öt fontos összetevője van. Ezek aritmetikai és logikai egység (ALU), vezérlőegység, regiszterek, utasítás dekódoló és adatbusz, de az első három jelentős komponensnek számít. Az alábbiakban bemutatjuk egy mikroprocesszor blokkdiagramját ezekkel az alapkomponensekkel.
a mikroprocesszor belső szerkezetét az alábbiakban mutatjuk be.
korábbi mikroprocesszorok a Von Neumann architektúrát használták, ahol az adatok és az utasítások (programok) ugyanabban a memóriában vannak tárolva. Annak ellenére, hogy ez az architektúra egyszerű, sok döntetlen hátán. Az egyik legnagyobb hátrány az, hogy az utasításokhoz és az adatokhoz nem lehet egyszerre hozzáférni, mivel egyetlen adatbuszon osztoznak. Ez gyakran rontja az eszköz általános teljesítményét. Később bevezették a Harvard architektúrát, amely külön program-és adatmemóriákat használ, külön buszokkal, így mind az adatok, mind az utasítások egyszerre érhetők el. Később módosított Harvard architektúrát fejlesztettek ki, amelyben a programmemóriát úgy érik el, mintha adatmemória lenne.
három alapvető jellemzőt használnak a mikroprocesszorok megkülönböztetésére. Ezek utasításkészlet, sávszélesség és órajel. Az utasításkészlet a mikroprocesszor programozásához kapcsolódik, amely főleg olyan utasításokból áll, amelyeket egy mikroprocesszor képes végrehajtani. A sávszélesség az egyetlen utasításban feldolgozott bitek maximális számát jelzi. Az óra sebessége nem ad. az utasításokat a processzor másodpercenként végrehajthatja. Az órajel sebessége általában MHz (Mega Hertz) vagy GHz (Giga Hertz). Általában a jellemzők sávszélesség és órajel együtt nézett. Minél magasabb mindkét jellemző értéke, annál erősebb a processzor.
utasításkészlet vagy utasításkészlet architektúra (isa) szintén fontos szerepet játszik a processzor tervezésében és működésében. A mikroprocesszorokat CISC (Complex Instruction Set Computer) vagy Risc (Reduced Instruction Set Computer) kategóriába sorolják.
a CISC architektúra teljes utasításkészletből áll, amelyek összetettek, nagyobbak, nagyobb számítási teljesítményűek stb. Egyetlen CISC utasítás használható több alacsony szintű művelet, többlépcsős műveletek és több címzési mód végrehajtására. Ezen utasítások végrehajtási ideje hosszú. Az Intel X86 egy példa a CISC architektúrára.
a RISC architektúrát úgy fejlesztették ki, hogy felismerték, hogy a teljes utasításkészlet használata helyett csak a gyakran használt utasítások elegendőek. Ebben az architektúrában az utasítások kicsiek és optimalizáltak. RISC processzorokat használnak, ahol az utasítás végrehajtási idejének kevesebbnek kell lennie, a fejlesztés költsége pedig kevesebb. Az ARM eszközök ARM architektúrán alapulnak, amely a RISC részhalmaza.
mikrokontroller
a mikrokontroller fejlesztésének fő oka a mikroprocesszor egyetlen hátrányának leküzdése. Annak ellenére, hogy a mikroprocesszorok nagy teljesítményű eszközök, külső chipekre, például RAM-ra, ROM-ra, bemeneti / kimeneti portokra és egyéb komponensekre van szükségük a teljes működő rendszer megtervezéséhez. Ez gazdaságilag megnehezítette a számítógépes fogyasztói készülékek nagyszabású fejlesztését, mivel a rendszer költsége nagyon magas. A mikrokontrollerek azok az eszközök, amelyek valóban illeszkednek a “számítógép – egy chipen” profilhoz, mivel egy fő feldolgozó egységből vagy processzorból áll, valamint néhány más összetevőből, amelyek szükségesek ahhoz, hogy teljes számítógép legyen. A tipikus mikrokontroller IC-n található komponensek a CPU, a memória, a bemeneti / kimeneti portok és az időzítők. Az első mikrokontrollert 1971-ben fejlesztette ki a Texas Instruments, TMS 1000 néven. Kereskedelmi használatra 1974-ben bocsátották rendelkezésre. A mikrokontroller blokkdiagramja az alábbiakban látható.
mikrovezérlők alapvetően használt beágyazott rendszerek. Az eszközök számítógépes vagy digitális vezérlése a mikrokontrollerek fejlesztésével valószínűvé válik. A mikrokontroller fejlesztési folyamata hasonló a mikroprocesszoréhoz.
a mikrokontrollerek a buszszélesség, a memóriaszerkezet és az utasításkészlet alapján osztályozhatók. A busz szélessége az adatbusz méretét jelzi. A mikrokontrollerek a busz szélessége alapján 8 bites, 16 bites vagy 32 bites kategóriába sorolhatók. A nagyobb buszszélesség gyakran jobb teljesítményt eredményez. A mikrokontrollerek memóriaszerkezetük alapján két típusra oszthatók: beágyazott memória és külső memória. Beágyazott memória mikrokontrollerek esetén a szükséges adat-és programmemória be van ágyazva az IC-be. Míg a külső memória mikrokontrollerekhez nincs programmemória beágyazva, és ehhez külső Chipre van szükség. Most egy nap, minden mikrovezérlő beágyazott memória mikrovezérlő. Az utasításkészleten alapuló osztályozás hasonló a mikroprocesszoréhoz. Ezek lehetnek CISC vagy RISC. A mikrokontrollerek többsége a CISC architektúrát követi, több mint 80 utasítással. A mikrokontrollerek számítógépes architektúrájuk alapján Neumannra és Harvardra is feloszthatók.
az alábbi táblázat bemutatja a mikroprocesszorok és a mikrokontrollerek közötti különbségeket.
 |
 |
| a mikroprocesszor a központi feldolgozó egység (CPU) funkcióját egyetlen integrált áramkörre (IC) asszimilálja. | a mikrovezérlő olyan kis számítógépnek tekinthető, amely rendelkezik processzorral és néhány más összetevővel annak érdekében, hogy számítógép legyen. |
| a mikroprocesszorokat elsősorban általános célú rendszerek tervezésére használják, a kicsitől a nagyig és az olyan összetett rendszerekig, mint a szuper számítógépek. | a mikrokontrollereket automatikusan vezérelt eszközökben használják. |
| a mikroprocesszorok a személyi számítógépek alapvető elemei. | a mikrokontrollereket általában beágyazott rendszerekben használják |
| a mikroprocesszor számítási kapacitása nagyon magas. Ezért komplex feladatokat hajthat végre. | kevesebb számítási kapacitás a mikroprocesszorokhoz képest. Általában egyszerűbb feladatokhoz használják. |
| a mikroprocesszor alapú rendszer számos feladatot képes elvégezni. | egy mikrokontroller alapú rendszer egyetlen vagy nagyon kevés feladatot képes elvégezni. |
| a mikroprocesszorok integrált matematikai koprocesszorral rendelkeznek. A lebegőpontos komplex matematikai számítások nagyon könnyen elvégezhetők. | a mikrovezérlők nem rendelkeznek matematikai koprocesszorokkal. Szoftvereket használnak lebegőpontos számítások elvégzésére, amelyek lelassítják az eszközt. |
| a mikroprocesszor fő feladata az utasításciklus ismételt végrehajtása. Ez magában foglalja a fetch, decode és execute. | a fetch, decode és execute feladatok elvégzése mellett a mikrokontroller az utasításciklus kimenete alapján vezérli a környezetét is. |
| a rendszer (számítógép) felépítéséhez vagy tervezéséhez a mikroprocesszort külsőleg kell csatlakoztatni más komponensekhez, például a memóriához (RAM és ROM) és a bemeneti / kimeneti portokhoz. | a mikrovezérlő IC memóriája (mind a RAM, mind a ROM) integrálva van néhány más komponenssel, például I / O eszközökkel és időzítőkkel. |
| a mikroprocesszorral épített rendszer teljes költsége magas. Ennek oka a külső alkatrészek követelménye. | a mikrovezérlővel épített rendszer költsége kevesebb, mivel az összes alkatrész könnyen elérhető. |
| általában az energiafogyasztás és a disszipáció magas a külső eszközök miatt. Ezért külső hűtőrendszert igényel. | az energiafogyasztás kisebb. |
| az órafrekvencia nagyon magas, általában Giga Hertz sorrendben. | az órajel frekvenciája általában kisebb, mint a Mega Hertz. |
| az utasítások átviteli sebessége nagyobb prioritást kap, mint a megszakítási késleltetés. | ezzel szemben a mikrovezérlőket a megszakítási késleltetés optimalizálására tervezték. |
| néhány bit manipulációs utasítás | a Bit manipuláció erőteljes és széles körben használt funkció a mikrokontrollerekben. Számos bit manipulációs utasításuk van. |
| a mikroprocesszorokat általában nem használják valós idejű rendszerekben, mivel ezek súlyosan függenek számos más komponenstől. | a mikrovezérlőket a valós idejű feladatok kezelésére használják, mivel egy programozott, önellátó és feladatorientált eszközök. |
eltekintve a mikroprocesszor és a mikrokontroller közötti különbségektől, egyértelmű, hogy egy mikroprocesszor nem helyettesítheti a mikrokontrollert, és fordítva. Mindkét technológia egyedülálló módon használható az alkalmazásokban.
