L’introduzione di un pezzo di tecnologia chiamata “Microprocessore” ha cambiato il modo in cui vediamo, analizziamo e controlliamo il mondo che ci circonda negli ultimi due decenni. Il primo microprocessore commerciale è 4-bit 4004 sviluppato da Intel ed è stato reso disponibile nel 1971.
Da allora, ha avuto un successo fenomenale nel suo sviluppo e utilizzo. Il microprocessore è considerato un prodotto di sviluppi combinati nei campi dell’architettura del computer e della fabbricazione di circuiti integrati (IC). Ha reso il concetto di personal computing molto fattibile.
Il microcontrollore è spesso considerato come un sottoprodotto nello sviluppo del microprocessore. Il processo di fabbricazione e la tecnica di programmazione che sono responsabili nello sviluppo di microprocessori ha anche portato allo sviluppo di microcontrollori.
Fino a un decennio fa, i microcontrollori sono meno popolari sia nella comunità tecnica che nel pubblico in generale, anche se la maggior parte dell’elettronica di consumo come televisori, videogiochi, videoregistratori, telefoni, ascensori ecc. comprendono di loro.
Prima di andare alle differenze tra microprocessore e microcontrollore o tabulazione microcontrollore vs microprocessore, vediamo la breve introduzione di microprocessore e microcontrollore.
Microprocessore
Un microprocessore, popolarmente noto come “computer su un chip” nei suoi primi giorni, è un general purpose central processing unit (CPU) fabbricato su un singolo circuito integrato (IC) ed è un computer digitale completo (più tardi microcontrollore è considerato una forma più accurata di computer completo). È un cervello elettronico piccolo ma molto potente che funziona a una velocità di vesciche e viene spesso utilizzato per eseguire le istruzioni di un programma per computer al fine di eseguire operazioni aritmetiche e logiche, memorizzare i dati, il controllo del sistema, le operazioni di input / output ecc. come da istruzioni. Il termine chiave nella definizione di un microprocessore è “general purpose”.
Significa che, con l’aiuto di un microprocessore, si può costruire un sistema semplice o una macchina grande e complessa attorno ad esso con pochi componenti aggiuntivi secondo l’applicazione. Il compito principale di un microprocessore è quello di accettare i dati come input da dispositivi di input, quindi elaborare questi dati secondo le istruzioni e fornire il risultato di queste istruzioni come output attraverso dispositivi di output. Il microprocessore è un esempio di dispositivo logico sequenziale in quanto ha memoria internamente e lo utilizza per memorizzare le istruzioni.
Il primo microprocessore commerciale è stato rilasciato da Intel nell’anno 1971 Novembre denominato come 4004 (four – thousand – four). È un microprocessore a 4 bit.
Ci sono cinque componenti importanti in un microprocessore. Sono Unità aritmetica e logica (ALU), unità di controllo, registri, decodificatore di istruzioni e bus dati, ma i primi tre sono considerati componenti significativi. Lo schema a blocchi di un microprocessore con questi componenti di base è mostrato di seguito.
La struttura interna di un microprocessore è mostrata di seguito.
I microprocessori precedenti utilizzavano l’architettura Von Neumann in cui i dati e le istruzioni (programmi) sono memorizzati nella stessa memoria. Anche se questa architettura è semplice, ci sono molti draw backs. Uno dei principali inconvenienti è che non è possibile accedere a istruzioni e dati contemporaneamente in quanto condividono un singolo bus dati. Questo spesso degrada le prestazioni complessive del dispositivo. Successivamente, viene introdotta l’architettura Harvard che fa uso di memorie di programmi e dati separate con bus separati in modo che sia i dati che le istruzioni siano accessibili allo stesso tempo. Successivamente modificato Architettura Harvard è sviluppato in cui la memoria del programma si accede come se fosse memoria dati.
Ci sono tre caratteristiche di base utilizzate per differenziare i microprocessori. Sono set di istruzioni, larghezza di banda e velocità di clock. Set di istruzioni è legato alla programmazione del microprocessore che consiste principalmente di istruzioni che un microprocessore può eseguire. La larghezza di banda indica il numero massimo di bit elaborati in una singola istruzione. Velocità di clock dà no. di istruzioni che un processore può eseguire al secondo. Di solito la velocità di clock è in MHz (Mega Hertz) o GHz (Giga Hertz). Generalmente le caratteristiche larghezza di banda e velocità di clock sono guardati insieme. Più alti sono i valori di entrambe queste caratteristiche, più potente è il processore.
Instruction set o Instruction Set Architecture (ISA) svolge anche un ruolo importante nella progettazione e nel funzionamento di un processore. I microprocessori sono classificati come CISC (Complex Instruction Set Computer) o RISC (Reduced Instruction Set Computer).
L’architettura CISC è costituita da un set completo di istruzioni complesse, più grandi, con più potenza computazionale e così via. Una singola istruzione CISC può essere utilizzata per eseguire diverse operazioni di basso livello, operazioni multi-step e più modalità di indirizzamento. Il tempo di esecuzione di queste istruzioni è lungo. Intel X86 è un esempio di architettura CISC.
L’architettura RISC è stata sviluppata rendendosi conto che invece di utilizzare un set completo di istruzioni, sono sufficienti solo le istruzioni utilizzate di frequente. In questa architettura, le istruzioni sono piccole e altamente ottimizzate. I processori RISC vengono utilizzati dove il tempo di esecuzione dell’istruzione dovrebbe essere inferiore e il costo di sviluppo è inferiore. I dispositivi ARM sono basati sull’architettura ARM che è un sottoinsieme di RISC.
Microcontrollore
Il motivo principale per lo sviluppo del microcontrollore è quello di superare l’unico inconveniente del microprocessore. Anche se i microprocessori sono dispositivi potenti, richiedono chip esterni come RAM, ROM, porte di ingresso / uscita e altri componenti per progettare un sistema di lavoro completo. Ciò ha reso economicamente difficile sviluppare apparecchi di consumo computerizzati su larga scala poiché il costo del sistema è molto alto. I microcontrollori sono i dispositivi che si adattano effettivamente al profilo “Computer – on – a chip” in quanto consiste in un’unità di elaborazione principale o processore insieme ad alcuni altri componenti necessari per renderlo un computer completo. I componenti che sono presenti su un tipico microcontrollore CI sono CPU, memoria, porte di ingresso / uscita e timer. Il primo microcontrollore è stato sviluppato nel 1971 da Texas Instruments e si chiama TMS 1000. È stato reso disponibile per l’uso commerciale nel 1974. Lo schema a blocchi di un microcontrollore è mostrato di seguito.
I microcontrollori sono fondamentalmente utilizzati nei sistemi embedded. Il controllo computerizzato o digitale dei dispositivi è reso plausibile con lo sviluppo di microcontrollori. Il processo di sviluppo del microcontrollore è simile a quello di un microprocessore.
I microcontrollori possono essere classificati in base alla larghezza del bus, alla struttura di memoria e al set di istruzioni. Larghezza bus indica la dimensione del bus dati. I microcontrollori possono essere classificati come 8 bit, 16 bit o 32 bit in base alla larghezza del bus. Larghezze bus più elevate spesso si traducono in prestazioni migliori. I microcontrollori possono essere suddivisi in due tipi in base alle loro strutture di memoria: memoria incorporata e memoria esterna. Nel caso di microcontrollori di memoria embedded, i dati e la memoria di programma richiesti sono incorporati nell’IC. Mentre i microcontrollori di memoria esterna non hanno memoria di programma incorporata su di essi e richiedono un chip esterno per lo stesso. Ora un giorno, tutti i microcontrollori sono microcontrollori di memoria embedded. La classificazione basata sul set di istruzioni è simile a quella di un microprocessore. Possono essere CISC o RISC. La maggior parte dei microcontrollori segue l’architettura CISC con oltre 80 istruzioni. I microcontrollori possono anche essere suddivisi in base alla loro architettura informatica in von Neumann e Harvard.
La seguente tabella riassume alcune delle differenze tra microprocessori e microcontrollori.
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| Microprocessore assimila la funzione di una unità centrale di elaborazione (CPU) su un singolo circuito integrato (IC). | Microcontrollore può essere considerato come un piccolo computer che ha un processore e alcuni altri componenti al fine di renderlo un computer. |
| I microprocessori sono utilizzati principalmente nella progettazione di sistemi di uso generale da sistemi piccoli a grandi e complessi come i super computer. | I microcontrollori sono utilizzati in dispositivi controllati automaticamente. |
| I microprocessori sono componenti di base dei personal computer. | I microcontrollori sono generalmente utilizzati nei sistemi embedded |
| La capacità computazionale del microprocessore è molto alta. Quindi può eseguire compiti complessi. | Minore capacità computazionale rispetto ai microprocessori. Di solito utilizzato per compiti più semplici. |
| Un sistema basato su microprocessore può eseguire numerose attività. | Un sistema basato su microcontrollore può eseguire compiti singoli o molto pochi. |
| I microprocessori hanno un coprocessore matematico integrato. Complessi calcoli matematici che coinvolgono virgola mobile possono essere eseguiti con grande facilità. | I microcontrollori non hanno coprocessori matematici. Usano il software per eseguire calcoli in virgola mobile che rallenta il dispositivo. |
| Il compito principale del microprocessore è eseguire ripetutamente il ciclo di istruzioni. Questo include fetch, decodificare ed eseguire. | Oltre a svolgere le attività di recupero, decodifica ed esecuzione, un microcontrollore controlla anche il suo ambiente in base all’output del ciclo di istruzioni. |
| Per costruire o progettare un sistema (computer), un microprocessore deve essere collegato esternamente ad alcuni altri componenti come la memoria (RAM e ROM) e le porte di ingresso / uscita. | L’IC di un microcontrollore ha memoria (sia RAM che ROM) integrata su di esso insieme ad altri componenti come dispositivi I / O e timer. |
| Il costo complessivo di un sistema costruito utilizzando un microprocessore è elevato. Ciò è dovuto al requisito dei componenti esterni. | Il costo di un sistema costruito utilizzando un microcontrollore è inferiore in quanto tutti i componenti sono facilmente disponibili. |
| Generalmente il consumo energetico e la dissipazione sono elevati a causa dei dispositivi esterni. Quindi richiede un sistema di raffreddamento esterno. | Il consumo di energia è inferiore. |
| La frequenza di clock è molto alta di solito nell’ordine di Giga Hertz. | Frequenza di clock è di solito meno nell’ordine di Mega Hertz. |
| Il throughput delle istruzioni ha una priorità maggiore rispetto alla latenza di interrupt. | Al contrario, i microcontrollori sono progettati per ottimizzare la latenza di interrupt. |
| Avere poche istruzioni di manipolazione dei bit | La manipolazione dei bit è una funzionalità potente e ampiamente utilizzata nei microcontrollori. Hanno numerose istruzioni di manipolazione dei bit. |
| Generalmente i microprocessori non vengono utilizzati nei sistemi in tempo reale in quanto dipendono fortemente da diversi altri componenti. | I microcontrollori vengono utilizzati per gestire attività in tempo reale in quanto sono dispositivi programmati singoli, autosufficienti e orientati alle attività. |
Mettendo da parte le differenze tra microprocessore e microcontrollore, è chiaro che un microprocessore non può sostituire un microcontrollore e viceversa. Entrambi i pezzi di tecnologia hanno il loro modo unico di utilizzo nelle applicazioni.
