Mikroprosessor vs. mikrokontroller: Hvilken trenger du?

0 Shares

Grunnleggende om mikroprosessorer, mikrokontrollere og integrerte kretser

Mikroprosessorer, mikrokontrollere og integrerte kretser (IC-er) er fundamentale komponenter i all elektronikk. De blir ofte ansett som hjertet i den elektroniske industrien. Selv om disse enhetene kan virke like, har de distinkte egenskaper og roller. Mange sliter med å skille mellom en mikroprosessor og en mikrokontroller, og forvirringen stopper ikke der; forskjellen mellom en mikroprosessor og en CPU er også et vanlig tema for diskusjon. I denne artikkelen skal vi utforske forskjellene mellom mikroprosessorer og mikrokontrollere, samt gi en detaljert forklaring av hvert begrep. Vi vil også se nærmere på forskjellene mellom IC-er og mikroprosessorer. Les videre for å få en klarere forståelse av hvordan disse enhetene varierer fra hverandre.

Hovedforskjeller mellom mikroprosessorer og mikrokontrollere

La oss dykke dypere inn i sammenligningen mellom mikroprosessorer og mikrokontrollere.

Hva er en mikroprosessor?

Før vi ser på forskjellene, er det viktig å forstå hva en mikroprosessor er. En mikroprosessor er en brikke som fungerer som datamaskinens hjerne, ofte kalt den sentrale prosesseringsenheten (CPU). Denne enkeltbrikken er i stand til å behandle all logisk og beregningsinformasjon, inkludert addisjon/subtraksjon, I/O-administrasjon og mye mer. Den styrer alle systemkomponenter som USB, I/O-enheter, skjermer og minne. For å utføre brukerinstruksjoner, henter den data, oversetter dem fra høynivåspråk til maskinkode, og utfører de spesifiserte operasjonene.

Hvilke komponenter består en mikroprosessor av?

En mikroprosessor består av følgende nøkkelkomponenter:

Registre: Midlertidig lagringsplass for data under instruksjonsutførelse. Etter bruk overføres dataene til kilden og slettes.
Aritmetisk og logisk enhet (ALU): Utfører matematiske og logiske operasjoner.
Timing og kontrollenhet: Sikrer at alle interne og eksterne komponenter jobber synkront og i riktig rekkefølge.

Hvordan fungerer en mikroprosessor?

En mikroprosessor er en selvstendig brikke som kobles til eksterne enheter som I/O-enheter og minne for å utføre et angitt sett med instruksjoner. Arbeidsprosessen inkluderer:

Inndataenhet: Sender informasjon fra brukeren til minnet.
Minne: Holder informasjonen og muliggjør den nødvendige operasjonen.
Utdataenhet: Viser de resulterende resultatene.

Foto av Christian Wiediger på Unsplash

Hvilke typer mikroprosessorer finnes?

Mikroprosessorer kan klassifiseres etter følgende kriterier:

1. Databussens størrelse

I henhold til størrelsen på databussen deles mikroprosessorer inn i:

4-bits: Disse har en databanebredde på 4 bit. Eksempler inkluderer INTEL 4004 og 4040.
8-bits: Kan overføre 8 bits data samtidig. Et eksempel er INTEL 8085.
16-bits: Overfører 16 bits data om gangen. Eksempler er INTEL 8088 og 80286.
32-bits: Kan overføre 32 bits data per klokkesyklus. Eksempler inkluderer INTEL 80386, 80486 og Pentium.

2. Bruksområde

Basert på bruksområde er mikroprosessorer delt inn i:

Generelle prosessorer (GPP): Designet for dagligdagse oppgaver som stasjonære datamaskiner og mobiltelefoner, f.eks. INTEL 8085 og Pentium.
Mikrokontrollere (MCU): Prosessorer med innebygd minne og I/O, optimalisert for spesifikke funksjoner. Eksempler er INTEL 8051, brukt i vaskemaskiner og skrivere.
Spesialprosessor (SPM): Utviklet for å håndtere bestemte operasjoner, som digital signalbehandling og radar.

3. Arkitektur

Complex Instruction Set Computer (CISC): Bruker et minimum antall komplekse instruksjoner per program. Eksempler er INTEL- og AMD-prosessorer.
Reduced Instruction Set Computer (RISC): Reduserer ytelsestiden ved å bruke enklere instruksjoner. Eksempler er MIPS, PowerPC og ARM-prosessorer.

Hva er fordelene med mikroprosessorer?

Kostnadseffektiv
Innebygd kunstig intelligens (AI) og grafisk brukergrensesnitt (GUI)
Bærbar og høyhastighets
Kompakt i størrelse
Allsidig og pålitelig
Lavt strømforbruk og varmeutvikling

Hva er ulempene med mikroprosessorer?

Krever binært språk
Støtter ikke flyttalloperasjoner
Størrelse på data
Manglende evne til å fungere uten eksterne støtteenheter
Sårbar for feil strømforsyning
Langsomme enkeltkjerneprosessorer

Fordeler og ulemper med mikroprosessorer

Fordeler:

Rask dataoverføring
Allsidig bruk
Kan utføre flere oppgaver samtidig

Ulemper:

Dyre
Stor størrelse
Ingen innebygd RAM, ROM eller I/O

Hva er en mikrokontroller?

En mikrokontroller er en integrert krets designet for å utføre en bestemt funksjon i et innebygd system. Den inkluderer en mikroprosessor, minne og I/O-utstyr på en enkelt brikke. Den fungerer ved hjelp av tidtakere, analog-til-digital-omformere og andre støtteenheter.

Arbeidsprinsipp: En mikrokontroller mottar og utfører data fra inngangs- og utgangsenheter. Den lagrer data i minnet, der prosessoren henter instruksjoner fra programminnet for å utføre operasjoner og deretter benytter eksterne enheter for den nødvendige handlingen.

Foto av Vishnu Mohanan på Unsplash

Grunnleggende komponenter i et mikrokontrollersystem

Hovedkomponentene er:

Mikroprosessor: Utfører aritmetiske og logiske operasjoner.
Minne: Lagrer data for prosessorbruk.
I/O Periferiutstyr: Mottar data og sender de til prosessoren.

Hvilke typer mikrokontrollere finnes?

Mikrokontrollere klassifiseres etter:

1. Bredde

Bussbredden refererer til de parallelle linjene som overfører data mellom komponentene. Mikrokontrollere deles inn i 8-bits, 16-bits og 32-bits.

8-bits: Har en 8-bits buss. Eksempler er INTEL 8031/8051.
16-bits: Har en 16-bits buss. Eksempler er INTEL 8051XA, PIC2X og INTEL 8096.
32-bits: Har en 32-bits buss, med bedre ytelse. Et eksempel er INTEL/ATMEL 251-familien.

2. Minne

Innebygd minnemikrokontroller: Alle komponenter er integrert på en enkelt brikke.
Ekstern minnemikrokontroller: Krever ekstern minne for drift. F.eks. INTEL 8031.

3. Instruksjonssettarkitektur

Complex Instruction Set Computer (CISC): Følger komplekse instruksjoner.
Reduced Instruction Set Computer (RISC): Prosesserer enklere instruksjoner.

4. Mikrokontrollerarkitektur

Harvard arkitektur: To separate minnegrensesnitt for data og instruksjoner.
Von Neumann/Princeton arkitektur: Enkelt grensesnitt for data og instruksjoner.

Hva er fordelene med mikrokontrollere?

Fungerer som en mikrodatamaskin uten digitale komponenter
Enkel å bruke og vedlikeholde
Kostnadseffektiv og kompakt
Utfører instruksjoner raskt
Støtter RAM, ROM og I/O-periferiutstyr

Hva er ulempene med mikrokontrollere?

Kompleks arkitektur
Lav hastighet begrenser kraftkrevende enheter
Begrenset funksjonalitet
Vanskelig å bruke i mikroutstyr
Ikke alle mikrokontrollere har I/O
Sårbar for statisk ladning

Fordeler og ulemper med mikrokontrollere

Fordeler:

Fungerer på batteridrift
Lavt strømforbruk
Vanlig i mange enheter

Ulemper:

Krever spesialisert kunnskap
Begrenset tilgang til programminnet

Forskjellen mellom mikroprosessorer og mikrokontrollere

Her er en tabell som summerer de viktigste forskjellene:

Mikroprosessor	Mikrokontroller
Hoveddel av et datasystem	Del av et innebygd system
Består bare av prosessorenhet, krever eksternt minne og I/O-porter	Inkluderer prosessor, internminne og I/O
Større krets på grunn av eksterne komponenter	Mindre krets med interne komponenter
Ineffektiv i kompakte systemer	Effektiv i kompakte systemer
Høyere systemkostnader	Lavere systemkostnader
Høyt strømforbruk, ikke egnet for batteridrift	Lavt strømforbruk, egnet for batteridrift
Ingen strømsparingsmodus	Strømsparingsmoduser tilgjengelig
Hovedsakelig brukt i PC-er	Brukt i vaskemaskiner, MP3-spillere, kalkulatorer og biler
Basert på Von Neumann-arkitekturen	Basert på Harvard-arkitekturen
Tregere ytelse pga. kommunikasjon med eksterne komponenter	Raskere ytelse pga. interne komponenter
Komplekst med mange instruksjoner	Enkelt med få instruksjoner
Brukes for generelle applikasjoner	Brukes for applikasjonsspesifikke systemer
Ingen innebygd RAM, ROM eller I/O	Har innebygd prosessor, RAM, ROM og andre perifere enheter
Høyere systemhastighet	Systemhastighet opp til 200MHz eller mer avhengig av kretsen
Færre registre, minnebaserte operasjoner	Flere registre, enkelt å skrive programmer
Eksempler: INTEL 8085 og 8086	Eksempler: Altera, INTEL, NEC, Panasonic, etc.

Det er tydelig at mikroprosessoren er en del av mikrokontrolleren. Mikrokontrolleren har i tillegg minne, I/O-porter og andre perifere enheter som tidtakere og omformere. Selv om mikroprosessoren også kalles den sentrale prosesseringsenheten (CPU), er den absolutt mer enn det. La oss utforske forskjellen mellom IC-er og mikroprosessorer i neste avsnitt.

Hva er en sentral prosesseringsenhet (CPU)?

CPUen er selve hjernen i datamaskinen, bestående av millioner av transistorer. Mikroprosessoren er kretsen som omslutter CPUen. CPUen utfører alle I/O-, prosesserings- og datalagringsoperasjoner. Den arbeider i fire faser: Henting, dekoding, utførelse og tilbakeskriving. Komponentene i CPUen inkluderer den aritmetiske og logiske enheten (ALU) og kontrollenheten (CU).

Foto av Christian Wiediger på Unsplash

Forskjellen mellom mikroprosessorer og CPUer

En mikroprosessor inkorporerer alle funksjonene til en CPU på en enkeltbrikke, også kalt en integrert krets (IC). I tillegg har den I/O og minnetilgangskretser. Mikroprosessorer mottar informasjon, behandler den og gir utdata på binært språk.

Mikroprosessor	CPU
Har en sentral prosesseringsenhet	Har i tillegg minne og I/O
Brukes i PC-er	Brukes i innebygde systemer
Ingen RAM, ROM, I/O	RAM, ROM, og I/O integrert i en brikke
Eksternt medium for tilkobling til RAM, ROM, I/O	CPU benytter en innebygd kontrollerbuss
Kompleks arkitektur, mange instruksjoner	Enkel design, få instruksjoner

Selv om en CPU regnes som en mikroprosessor, er ikke alle mikroprosessorer CPUer. En mikroprosessor omfatter mer, som en grafikkprosessorenhet (GPU), nettverksbehandlingsenhet (NPU) og lydbehandlingsenhet (APU). Lydkort og nettverkskort er også bygd inn i mikroprosessorer. Før vi undersøker forskjellen mellom IC-er og mikroprosessorer, la oss definere IC-er.

Hva er en integrert krets (IC)?

En integrert krets (IC) er en miniatyr elektronisk krets produsert på en halvlederbrikke. Den ble utviklet på 1970-tallet. Komponentene i en IC inkluderer transistorer, kondensatorer, motstander og dioder. En IC fungerer som en forsterker, mikroprosessor, mikrokontroller, oscillator, timer, teller, logisk port og dataminne.

Her er noen funksjoner:

Konstruksjon og innpakning: Laget av silisium, liten og skjør. Komponentene er bundet med gull- og aluminiumtråder, og støpt i en flat boks av plast eller keramikk.
Størrelse: Varierer fra 1 til 200 kvadrat mm.
Integrasjon: Får navn fra sin integrasjon i ulike enheter. En mikrokontroller er f.eks. en IC som inneholder minne, mikroprosessor og I/O-porter.

Forskjellen mellom mikroprosessorer og IC-er

Mikroprosessorer er en type IC, og er kjent for å være komplekse. Mikroprosessorer fyller funksjonene til en sentral prosesseringsenhet på en enkelt brikke. De er designet for dataapplikasjoner, mens IC-er er generelle enheter med ulike bruksområder.

Mikroprosessorer består av alle komponentene som finnes i en IC, inkludert minne, CPU, I/O-porter, RAM og ROM. De kan kjøre programvare uten andre hjelpekomponenter. Integrerte kretser er avhengig av instruksjoner, og kan ikke operere uavhengig. Dette er den grunnleggende forskjellen mellom en IC og en mikroprosessor.

***

Vi håper denne artikkelen har gitt en god oversikt over forskjellene mellom mikroprosessorer og mikrokontrollere, samt forskjellen mellom IC-er og mikroprosessorer. Vi er åpne for forslag om andre temaer du ønsker at vi skal skrive om. Du er velkommen til å dele dine spørsmål og forslag i kommentarfeltet nedenfor.