Microprocessor (MPU) of microcontroller (MCU)
In de wereld van elektronica is het erg handig om de juiste computerunit voor uw project te kiezen.Twee populaire soorten kleine computers zijn de microcontroller -eenheid (MCU) en de Microprocessor Unit (MPU).Hoewel beide worden gebruikt in moderne apparaten, hebben ze verschillende banen en hebben ze speciale functies.Inzicht in de verschillen tussen MCUS en MPU's kan u helpen de beste optie voor uw specifieke project te kiezen, of het nu een eenvoudige controletaak is of een complex data-zware proces.Dit artikel zal kijken naar de functies, het gebruik en de verschillen van MCUS en MPU's, waardoor een complete gids wordt geboden om u te helpen een slimme keuze te maken.
Catalogus
Figuur 1: Microprocessor (MPU) en Microcontroller (MCU) op een printplaat
Wat is een MPU en MCU?
Een MPU (microprocessor -eenheid) en een MCU (microcontroller -eenheid) zijn beide soorten kleine computers die worden gebruikt in elektronische apparaten, maar ze werken anders en hebben unieke kenmerken.
Microcontroller -eenheid (MCU)
Figuur 2: Microcontroller -eenheid (MCU)
Een MCU is een kleine computerchip die is gemaakt om specifieke taken in een ingebed systeem aan te kunnen.Het combineert een centrale verwerkingseenheid (CPU), geheugen en andere onderdelen allemaal op één chip.De CPU fungeert als de hersenen van de MCU en voert instructies uit de software uit.Het geheugen in een MCU bevat meestal zowel RAM (voor tijdelijke gegevensopslag) als flash -geheugen (voor het opslaan van de softwarecode die de MCU draait).Onderdelen ingebouwd in een MCU kunnen timers omvatten, communicatie-interfaces (zoals UART, I2C, SPI), analoog-naar-digitale converters (ADC), digitaal-naar-analoog converters (DAC) en andere invoer/uitvoer (I/O)functies.
MCU's zijn ontworpen om specifieke controletaken uit te voeren in ingebedde systemen, zoals het beheren van sensoren, het beheersen van motoren, het omgaan met gebruikersinterfaces of het verzamelen van gegevens.Ze worden vaak gebruikt in toepassingen waar grootte, stroomgebruik en kosten belangrijk zijn.Voorbeelden zijn huishoudelijke apparaten, autosystemen, medische hulpmiddelen en industriële automatisering.
Microprocessor -eenheid (MPU)
Figuur 3: Microprocessor -eenheid (MPU)
Een MPU is een krachtigere en flexibele verwerkingseenheid in vergelijking met een MCU.In tegenstelling tot een MCU heeft een MPU geen geheugen en andere onderdelen ingebouwd in dezelfde chip.In plaats daarvan vertrouwt het op externe componenten voor geheugen (zoals RAM en ROM) en andere delen.Met deze opstelling kan MPU's een grotere verwerkingskracht en flexibiliteit bieden, waardoor ze geschikt zijn voor complexere en veeleisende toepassingen.
De CPU binnen een MPU is meestal geavanceerder, in staat om meerdere taken te verwerken en besturingssystemen zoals Linux of Windows te gebruiken.Dit maakt MPU's ideaal voor toepassingen die veel rekenkracht, multitasking -mogelijkheden en uitgebreide softwareondersteuning vereisen.Voorbeelden zijn persoonlijke computers, smartphones, tablets en hoogwaardige ingebedde systemen.
Primaire verschillen
|
Functie |
MCU |
MPU |
|
Geheugen |
On-chip flash-geheugen |
Externe dram en nvm |
|
Opstarttijd |
Snel |
Langzamer vanwege extern geheugen |
|
Stroomvoorziening |
Enkele spanningsrail |
Meerdere spanningsrails |
|
Perifere interfaces |
Beperkt tot geïntegreerde randapparatuur |
Uitgebreide externe connectiviteitsopties |
|
Use cases |
Embedded Systems, realtime toepassingen |
Complexe OS-gebaseerde toepassingen, hoge gegevensdoorvoer |
Toepassingsperspectief
Figuur 4: Vergelijking van een MPU (microprocessor -eenheid) en een MCU (microcontroller -eenheid)
Geheugen en prestaties
Wanneer u kijkt naar geheugen en prestaties voor microcontroller -eenheden (MCU's) en microprocessor -eenheden (MPU's), is het belangrijk om de verschillen in wat ze kunnen doen te begrijpen en waar ze meestal worden gebruikt.
MCU's zijn gebouwd met een beperkt geheugen, meestal rond 2 megabytes on-chip programmgeheugen.Deze kleine hoeveelheid geheugen beperkt de complexiteit van de toepassingen die ze kunnen uitvoeren.Het beperkte geheugen beïnvloedt niet alleen de grootte van de programma's die kunnen worden uitgevoerd, maar ook de hoeveelheid gegevens die kunnen worden verwerkt en opgeslagen.MCU's zijn ontworpen voor taken die minimaal geheugen- en verwerkingskracht vereisen, waardoor ze perfect zijn voor eenvoudige, repetitieve taken zoals het beheersen van sensoren, het beheren van hardwarefuncties op laag niveau en het uitvoeren van realtime besturingssystemen.
Aan de andere kant hebben MPU's toegang tot veel grotere hoeveelheden geheugen, vaak honderden megabytes of zelfs gigabytes van DRAM en NAND.Met deze grote geheugencapaciteit kan MPU's complexere en resource-intensieve toepassingen verwerken.Het extra geheugen ondersteunt geavanceerde functies, zoals het uitvoeren van besturingssystemen, het verwerken van grote datasets, het uitvoeren van complexe algoritmen en het tegelijkertijd hanteren van meerdere taken.Het grote geheugen- en verwerkingsvermogen maken MPU's geschikt voor toepassingen zoals multimedia-verwerking, complexe gebruikersinterfaces en krachtige computertaken.
Het belangrijkste verschil in geheugencapaciteit tussen MCU's en MPU's heeft direct invloed op hun prestaties en de soorten toepassingen waarvoor ze geschikt zijn.MCU's, met hun beperkte geheugen, zijn geweldig voor omgevingen waar efficiëntie en eenvoud nodig zijn, terwijl MPU's beter zijn voor situaties die een hoge rekenkracht en substantiële geheugenbronnen vereisen.Dit onderscheid definieert de rollen die elk spelen in elektronische systemen, waarbij MCUS zich richt op controle en eenvoudige automatisering en MPU's geavanceerde computers- en verwerkingstaken afhandelen.
Gebruikersinterface (UI)
Microcontroller-eenheden (MCU's) zijn ideaal voor eenvoudige gebruikersinterfaces (UIS) die geen schermen met hoge resolutie vereisen.Ze zijn kosteneffectief en efficiënt voor basistaken.Een MCU heeft meestal een beperkt verwerkingsvermogen en geheugen, waardoor het geschikt is voor het besturen van eenvoudige displays en het afhandelen van eenvoudige invoer-/uitvoerbewerkingen.Voorbeelden van toepassingen zijn digitale klokken, basisthermostaten en eenvoudige apparaten waarbij grafische complexiteit minimaal is.
Microprocessor-eenheden (MPU's) zijn vereist voor het verwerken van complexe en grafische gebruikersinterfaces met hoge resolutie.MPU's bieden meer verwerkingskracht en geheugen dan microcontroller -eenheden (MCUS), die vereist is voor het beheren van gedetailleerde afbeeldingen, aanraakinterfaces en meer geavanceerde gebruikersinteracties.Ze worden vaak gebruikt in apparaten met ingebedde dunne-film transistor (TFT) LCD-controllers, die nodig zijn voor het weergeven van beelden en video van hoge kwaliteit.Toepassingen die MPU's gebruiken, omvatten smartphones, tablets, geavanceerde medische apparaten en infotainmentsystemen voor auto's.
MCUS en MPU's dienen verschillende doeleinden op basis van de complexiteit van de gebruikersinterface en de grafische vereisten.MCU's zijn geschikt voor eenvoudigere interfaces met lage resolutie, terwijl MPU's nodig zijn voor meer complexe grafische interfaces met hoge resolutie.
Connectiviteit
Microcontroller-eenheden (MCU's) omvatten meestal gemeenschappelijke perifere interfaces zoals GPIO (algemene input/output), UART (universele asynchrone ontvanger/zender), SPI (seriële perifere interface) en I2C (inter-geïntegreerd circuit).Deze interfaces zijn voldoende voor veel basiscontroletaken, maar hebben beperkingen bij het verwerken van high-speed gegevenscommunicatie.Het inherente ontwerp van MCUS geeft prioriteit aan eenvoud en kosteneffectiviteit, wat vaak resulteert in langzamere verwerkingssnelheden en beperkt geheugen.Bijgevolg worstelen ze om taken efficiënt te beheren die snelle gegevensoverdrachtssnelheden vereisen.
Microprocessor-eenheden (MPU's) zijn daarentegen ontworpen om complexere en gegevensintensieve toepassingen aan te kunnen.MPU's zijn uitgerust met snelle communicatie-randapparatuur, zoals USB 2.0 en Ethernet-poorten.Deze randapparatuur stellen de MPU in staat om snellere gegevensoverdrachtssnelheden te ondersteunen, waardoor ze goed geschikt zijn voor toepassingen die robuuste mogelijkheden voor gegevensverwerking vereisen.MPU's hebben vaak een hogere verwerkingskracht en uitgebreidere geheugenbronnen, wat hun vermogen om snelle gegevenscommunicatie effectief te beheren verder verbetert.
De architectuur van een MPU zorgt voor een betere omgang met taken zoals multimedia-verwerking, netwerken en realtime data-analyses.Deze mogelijkheid is met name nuttig in scenario's waar grote hoeveelheden gegevens snel en betrouwbaar moeten worden verwerkt, zoals in geavanceerde automatiseringssystemen, geavanceerde consumentenelektronica en industriële controlesystemen.
Hoewel MCU's uitstekend zijn voor eenvoudige, goedkope toepassingen met beperkte gegevenscommunicatiebehoeften, biedt MPU's de nodige prestaties en connectiviteit voor meer veeleisende taken.Dit onderscheid maakt MPU's een voorkeurskeuze voor snelle gegevensintensieve toepassingen, waardoor efficiënt en effectief gegevensbeheer wordt gewaarborgd.
Power -modi en prestaties
Stroomverbruik
Microcontrollers (MCU's) gebruiken meestal minder vermogen dan microprocessors (MPU's).Dit komt omdat MCU's worden gemaakt om efficiënt te werken met weinig energie, vaak met verschillende modi met een laag vermogen om de batterij langer te laten duren.Door deze modi met lage kracht laten de MCU zijn vermogen veel gebruiken als het systeem niet druk is of eenvoudige taken uitvoert.Daarom zijn MCU's geweldig voor apparaten en situaties op batterijen waar het besparen van energie erg belangrijk is.
Aan de andere kant hebben microprocessors (MPU's) over het algemeen een hoger stroomverbruik vanwege hun meer complexe architectuur en de behoefte aan meer rekenkracht.MPU's verwerken vaak meer veeleisende taken en voert geavanceerde besturingssystemen uit, die meer energie vereisen.Daarom nemen ze geavanceerde energiebeheertechnieken op om het energieverbruik te optimaliseren zonder de prestaties in gevaar te brengen.MPU's zijn beter geschikt voor toepassingen waarbij prestaties de primaire zorg zijn, en het stroomverbruik is minder een beperking, zoals bij high-performance computing, servers en bepaalde soorten ingebedde systemen.
Verwerkingskracht
MCU's zijn ontworpen voor taken die consistente en tijdige antwoorden vereisen.Ze blinken uit in omgevingen zoals in ingebedde systemen voor autocontrole, industriële automatisering en huishoudelijke apparaten.Deze eenheden worden meestal uitgevoerd op bare-metal code of een realtime besturingssysteem (RTOS), waarmee ze realtime verwerking efficiënt kunnen verwerken.Het deterministische karakter van MCUS betekent dat ze voorspelbaar taken kunnen beheren binnen specifieke tijdsbeperkingen, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen.
Aan de andere kant zijn MPU's geschikt voor toepassingen die een hogere rekenkracht eisen.Deze zijn in staat om volwaardige besturingssystemen zoals Linux of Android te laten werken, waardoor een uitgebreider scala aan functionaliteiten wordt vergeleken met MCU's.MPU's zijn te vinden in complexere systemen, zoals smartphones, tablets en geavanceerde ingebedde systemen.Ze bieden de verwerkingskracht die nodig is voor het verwerken van grote datasets, het uitvoeren van meerdere applicaties tegelijkertijd en het uitvoeren van intensieve berekeningen.
De keuze tussen een MCU en een MPU hangt af van wat uw applicatie nodig heeft.Voor taken die snelle en voorspelbare antwoorden nodig hebben, is MCU's de juiste keuze.Voor toepassingen die veel verwerkingskracht nodig hebben en volledige besturingssystemen kunnen uitvoeren, zijn MPU's geschikter.
Selecteren tussen MCU en MPU
Bij de beslissing tussen een microcontroller -eenheid (MCU) en een microprocessor -eenheid (MPU) voor uw toepassing, moeten verschillende factoren worden overwogen om ervoor te zorgen dat u de juiste keuze maakt.
• Complexiteit van de toepassing
Voor eenvoudiger taken die voornamelijk op controle zijn georiënteerd, zoals bedieningssensoren, het beheersen van motoren of het beheren van eenvoudige gebruikersinputs, is een MCU meestal voldoende.MCU's zijn ontworpen voor specifieke, low-complexiteitstaken en zijn efficiënt in het omgaan met deze met hun geïntegreerde randapparatuur en geheugen.
Aan de andere kant, als uw applicatie complex en data-intensief is, zoals het uitvoeren van geavanceerde algoritmen, het verwerken van grote datasets of het verwerken van high-speed gegevensstromen, is een MPU meer geschikt.MPU's hebben een hoger verwerkingsvermogen en kunnen complexe taken en zware rekenbelastingen effectiever beheren dan MCU's.
• Vereisten voor gebruikersinterface
De keuze tussen een MCU en een MPU kan ook afhankelijk zijn van de gebruikersinterface -vereisten van uw applicatie.Voor toepassingen met basisdisplays, zoals eenvoudige tekst of basisgrafische uitvoer, kan een MCU deze taken effectief beheren.MCUS kan schermen met lage resolutie en eenvoudige grafische interfaces verwerken zonder veel druk op hun verwerkingsmogelijkheden.
Als uw applicatie echter geavanceerde grafische interfaces vereist, zoals schermen met hoge resolutie, complexe animaties of interactieve touchscreens, is een MPU de betere keuze.MPU's zijn ontworpen om meer geavanceerde grafische verwerking af te handelen en kunnen displays met hoge resolutie en rijke gebruikersinterfaces ondersteunen.
• Stroomverbruik
Het stroomverbruik is een andere grote factor bij het kiezen tussen een MCU en een MPU.Voor toepassingen waar het gebruik van laag vermogen ertoe doet, zoals op batterijen bewerkte apparaten of energiebesparende systemen, zijn MCU's ideaal.MCU's zijn gemaakt om minder stroom te gebruiken, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waar het besparen van energie nodig is.
Als prestaties voorrang hebben op stroomverbruik in uw toepassing, is een MPU de juiste keuze.MPU's consumeren meestal meer kracht vanwege hun hogere verwerkingsmogelijkheden en ondersteuning voor complexe taken, maar ze bieden de prestaties die nodig zijn voor veeleisende applicaties.
• Connectiviteitsbehoeften
Overweeg ten slotte de connectiviteitsvereisten van uw toepassing.Als uw applicatie high-speed communicatie, meerdere perifere interfaces of uitgebreide netwerkmogelijkheden omvat, is een MPU beter uitgerust om aan deze behoeften te voldoen.MPU's ondersteunen verschillende hogesnelheidscommunicatieprotocollen en kan meerdere randapparatuur tegelijkertijd beheren, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die robuuste connectiviteit vereisen.
Voorbeelden: Arduino vs. Raspberry Pi
Figuur 5: Arduino Uno en Raspberry Pi
De Arduino en Raspberry Pi zijn twee populaire platforms voor elektronicaprojecten, elk met zijn unieke sterke punten en toepassingen.Het begrijpen van hun verschillen helpt bepalen welke beter geschikt is voor een specifiek project.
De Arduino is gebouwd rond een microcontroller.Een microcontroller is een compact geïntegreerd circuit dat is ontworpen om een specifieke bewerking in een ingebed systeem te regelen.Dit maakt de Arduino ideaal voor eenvoudige controletaken.Het blinkt uit in taken die nauwkeurige timing en realtime bewerking vereisen, zoals leessensorgegevens, het beheersen van motoren en het beheren van LED-displays.Het Arduino -platform staat bekend om zijn gebruiksgemak, met een eenvoudige programmeeromgeving die snelle prototyping en implementatie mogelijk maakt.De eenvoud maakt het een favoriet voor beginners en educatieve doeleinden, evenals voor projecten waarbij een laag stroomverbruik een prioriteit is.
Aan de andere kant is de Raspberry Pi gebaseerd op een microprocessor, een complexer en krachtig geïntegreerd circuit dat meerdere taken tegelijkertijd kan verwerken.Dit maakt de Raspberry Pi geschikt voor complexere taken die een hoger verwerkingsvermogen vereisen.Het heeft een volledig besturingssysteem, meestal een versie van Linux, waardoor het taken kan uitvoeren die vergelijkbaar zijn met een desktopcomputer.De Raspberry Pi kan het surfen op internet, videostreaming en zelfs software zoals tekstverwerkers en spreadsheets uitvoeren.De mogelijkheid om te communiceren met verschillende randapparatuur en de ondersteuning voor meerdere programmeertalen maakt het veelzijdig voor een breed scala aan applicaties, van thuisautomatisering en robotica tot mediacenters en netwerkservers.
De Arduino, met zijn microcontroller, is het beste voor eenvoudige, realtime controletaken, terwijl de Raspberry Pi, met zijn microprocessor, geschikt is voor complexere toepassingen die veel verwerkingskracht nodig hebben.Als u deze basisverschillen kent, kunt u het juiste platform kiezen voor uw projectbehoeften.
Conclusie
Kiezen tussen een microprocessor -eenheid (MPU) en een microcontroller -eenheid (MCU) hangt af van wat uw project nodig heeft.MCU's zijn perfect voor eenvoudige taken die een laag vermogen nodig hebben en goedkoop zijn.Ze zijn geweldig voor banen waar het besparen van energie en het simpel houden van dingen, zoals in huishoudelijke apparaten, autosystemen en basisgebruikerscontroles.In de os-hand geeft MPU's u meer verwerkingskracht en flexibiliteit, waardoor ze goed zijn voor gecompliceerde en data-zware taken.Ze kunnen grafische afbeeldingen van hoge kwaliteit, geavanceerde berekeningen en multitasking aan, die nuttig zijn voor apparaten zoals smartphones, tablets en hoogwaardige systemen.Als u deze verschillen kent, kunt u het juiste deel voor uw project kiezen, ervoor zorgen dat het goed en efficiënt werkt.
Veelgestelde vragen [FAQ]
1. Kan een microcontroller een microprocessor vervangen?
Nee, een microcontroller kan een microprocessor niet vervangen in taken die een hoog rekenkracht en complexe besturingssystemen vereisen.Microcontrollers zijn ontworpen voor specifieke, eenvoudige besturingstaken met geïntegreerde randapparatuur, terwijl microprocessors omgaan met meer veeleisende toepassingen met externe componenten.
2. Is de Raspberry Pi een microcontroller of microprocessor?
De Raspberry Pi is een microprocessor.Het maakt gebruik van een microprocessor -eenheid (MPU) en heeft een volledig besturingssysteem, waardoor het geschikt is voor complexe taken die een hoog verwerkingsvermogen en multitasking -mogelijkheden vereisen.
3. Wat is het verschil tussen MCU en MPU?
Een MCU (microcontroller -eenheid) integreert een CPU, geheugen en randapparatuur op een enkele chip, ontworpen voor specifieke besturingstaken.Een MPU (Microprocessor -eenheid) is gebaseerd op externe componenten voor geheugen en randapparatuur, en biedt een groter verwerkingsvermogen en flexibiliteit voor complexe toepassingen.
4. Wat is sneller, een microprocessor of een microcontroller?
Een microprocessor is over het algemeen sneller dan een microcontroller.Microprocessors zijn ontworpen voor snelle gegevensverwerking en kunnen complexere taken aan, terwijl microcontrollers zijn geoptimaliseerd voor specifieke controletaken met lagere verwerkingsbehoeften.
5. Is een microcontroller een CPU?
Een microcontroller bevat een CPU samen met geheugen en randapparatuur op een enkele chip.Hoewel het een CPU heeft als onderdeel van zijn architectuur, is het niet alleen een CPU;Het is een compleet computersysteem dat is ontworpen voor specifieke taken.