1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Микропроцессор против Микроконтроллера

В самых общих чертах, микропроцессоры против микроконтроллеров могут быть определены как интегральные схемы на небольшом чипе, чтобы выполнять вычислительные и управляющие функции. Эта статья полностью посвящена множеству различий, которые существуют между микропроцессором и микроконтроллером.

Сравнение микропроцессора с микроконтроллером

Ниже приведены 15 основных отличий между микропроцессором и микроконтроллером

Ключевые различия между микропроцессором и микроконтроллером

Давайте обсудим некоторые основные различия между микропроцессором и микроконтроллером.

  • Микропроцессор и микроконтроллер — это некоторые базовые и ключевые электронные компоненты, которые сильно отличаются друг от друга в зависимости от их архитектуры. Неоспоримым фактом является то, что оба они имеют свои конкретные цели и назначение, которые отличают их друг от друга по широкому аспекту, который часто не известен многим людям.
  • Как видим, ключевое различие между микропроцессором и микроконтроллером заключается в наличии внешних и внутренних компонентов. Микроконтроллеры имеют периферийные устройства, встроенные в один чип, что делает его намного более компактным, чем микропроцессор.
  • Комплементарная металлоксидная полупроводниковая технология, которая используется при изготовлении микроконтроллера, намного дешевле, чем материал, используемый при изготовлении микропроцессоров. Внешние компоненты, которые требуются приложениям, созданным с помощью микроконтроллеров, имеют меньшее количество, поэтому их стоимость минимальна.
  • Напротив, общая стоимость приложений, выполненных с помощью микропроцессоров, слишком высока по сравнению с микроконтроллерами, поскольку количество периферийных компонентов, необходимых для систем, намного больше, чем у микроконтроллеров.

Сравнительная таблица микропроцессоров и микроконтроллеров

Давайте обсудим основные различия между микропроцессором и микроконтроллером.

Он выполняет такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление и логические операции с помощью арифметико-логического блока (АЛУ).

Данные в нем могут перемещаться из одного места в другое.

Вывод

Основную часть компьютера формирует микропроцессор, тогда как микроконтроллер является ключевым компонентом встроенной системы. Микропроцессор способен выполнять операции для различных задач по сравнению с микроконтроллером, который предназначен для выполнения одной и той же задачи в течение всей своей жизни. Понимая различия, мы понимаем, что микропроцессор никогда не может быть заменен микроконтроллером.

Рекомендуемые статьи

Это было руководство к микропроцессору против микроконтроллера. Здесь мы также обсудим основные отличия микропроцессора от микроконтроллера с помощью инфографики и сравнительной таблицы. Вы также можете просмотреть наши другие предлагаемые статьи, чтобы узнать больше —

  1. Облачные вычисления против Grid Computing
  2. Что такое виртуализация в облачных вычислениях?
  3. Интервью по встроенной системе
  4. Монолитное Ядро против МикроКернел

Микропроцессор

С микропроцессором (далее МП) дела обстоят немного иначе. Он содержит в себе арифметико-логическое устройство, блок синхронизации и управления, запоминающие устройство, регистры и шину. То есть МП содержит в себе только то, что непосредственно понадобится для выполнения арифметический и логических операций. Все остальные комплектующие (ОЗУ, ПЗУ, устройства ввода/вывода, интерфейсы) нужно подключать извне.

Структурная схема микропроцессорного устройства

Первые микропроцессоры появились тоже в начале 70-х. Самым популярным на тот момент считался 4004. Это микропроцессор, разработанный компанией Intel и представленный 15 ноября 1971 года. Он имел внушающие на тот период характеристики:

  • 2300 транзисторов;
  • тактовая частота — 740 кГц;
  • разрядность регистров и шины — 4 бита;
  • техпроцесс — 10 мкм;
  • площадь кристалла: — 12 мм².

К слову, 4004 был выполнен в обычном DIP-16 корпусе. Этот МП является самой популярной микросхемой для коллекционирования. Некоторые экземпляры продаются по 400 $ за штуку. Менее раритетные стоят около 250 $.

Уже через пару лет 8-битные МП позволили создавать первые бытовые микрокомпьютеры.

Естественно, тут преимуществом является то, что к МП можно на выбор подключать разную периферию с разными характеристиками (что не во всех случаях можно на МК). Второе основное отличие микропроцессора от микроконтроллера в том, что МП имеют больше вычислительной мощности. Их не имеет смысла ставить в микроволновки и «умные» лампочки. Микропроцессоры применяют там, где вычислительная мощность МК уже не справляется — игровые приставки, сложные вычислительные устройства и приборы, гаджеты.

Получается, чтобы обеспечить работоспособность микропроцессора, нужно подключить ему хотя бы минимальный набор периферии. Минусы:

  1. Размер — если в случае МК всё уже находится в одном корпусе, то минимальный набор элементов для работы МП занимает больше места.
  2. Цена — обычно, вся «сборка» комплектующих для МП выходит гораздо дороже «голых» микроконтроллеров.
  1. Производительность — микропроцессоры обладают большей производительностью, чем микроконтроллеры.
  2. Выбор — в случае МП у вас есть возможность подобрать комплектующие. Это позволит поставить более подходящую под ваши цели периферию.
Читать еще:  Изготовление памятников от компании Белгранстиль

Выводы

Кроме упомянутых выше производителей есть много других: Intel, Renesas Electronics, Texas Instruments и прочие. Но в сообществе электронщиков-любителей они не прижились, хоть и активно используются в промышленности.

Новичкам я рекомендую AVR в виде Arduino: по нему много информации на русском, а порог вхождения невелик. Но засиживаться на них не стоит, а то так и будешь до конца дней собирать и пересобирать этот конструктор.

После Arduino стоит перейти на STM. Для простеньких проектов бери восьмибитные чипы, для более сложных — 32-битные, и будет тебе счастье. И помни, что микроконтроллер — это уже не процессор, но еще не компьютер.

Статьи на сайте о ESP32

Статьи на сайте об STM32 и проектах на его основе

Исчерпывающий гайд: все, что нужно знать о мобильных процессорах (системах на кристалле)

Относительно недавно тема процессоров, их производителей и сроков выхода новых моделей была интересна узкой группе гиков. Сейчас гораздо большее количество людей знает, чем Qualcomm лучше MediaTek, какой конкретно чип подходит для тех или иных задач и когда не стоит смотреть на количество ядер или частоту.

Это же сопровождается большим количеством мифов, неточностей и недосказанностей. В этом материале мы расскажем все, что вам нужно знать о системах-на-кристалле, которые большая часть пользователей привыкла называть просто «процессорами»; научим определять их возможности точнее чем «Qualcomm лучше MediaTek»; и рассмотрим на примерах самые популярные чипы.

Развеивая мифы

Qualcomm Snapdragon 845 – это процессор? A Apple A11? Нет, это микросхемы, состоящие из нескольких элементов, включая тот самый микрочип, о которым мы привыкли говорить, рассуждая о компьютерных процессорах, таких как Intel i7-7700 и других.

Реальные размеры типичной системы на кристалле

Названные выше чипы и другие известные вам названия (Kirin 970 или Helio P60) – это системы на кристалле, однокристальные системы или системы на чипе (от англ. system on a chip). В английском используется аббревиатура SoC.

Тем не менее понятие «процессор» так плотно вошло в употребление, что даже специализированные СМИ, точно знающие значения этих терминов, используют их, ведь так понятнее потребителям. Правильнее же говорить чип или система с дальнейшим указанием ее названия.

Состав чипа

Профессиональный инженер видит в типичном чипе сотни элементов, но нам важно разбирать лишь основные его составляющие, особенно, если мы говорим о мобильной системе:

Процессорный модуль, состоящий из нескольких ядер. Их тип и производительность во многом определяют возможности системы. Именно этот единственный элемент стоит называть процессором

Графический модуль, определяющий возможности устройства в играх и других задачах с обработкой графики. Можно встретить сокращения GPU (Graphical Processing Unit) или VPS (Visual Processing Sybsystem)

Сотовый модем влияет на возможности устройства в вопросах связи: интернета и телефонии

Аудиочип отвечает за качество звучания устройства

Условная схема типичной системы на кристалле на примере Qualcomm Snapdragon 801

Здесь можно было бы затронуть модуль DSP (digital signal processor), обрабатывающий цифровые сигналы, процессор данных изображений (ISP) и процессор безопасности (secure processing unit), контроллеры памяти, регулятор напряжения и еще более мелкие элементы, но чаще всего производители даже не упоминают их в «материалах для всех»,а знание таких подробностей не сделает ваш выбор конкретного чипа осознаннее.

Характеристики чипа

Мы добрались до самого интересного раздела — как научиться определять возможности системы и сравнивать ее с остальными. Вам нужно хотя бы в основе разбирать типы комплектующих, чтобы корректно их сопоставлять между собой. Хотя игроков на рынке систем на кристалле не так уж и много, так что если вы заинтересуетесь, разберетесь за один присест.

В процессе написания этого материала мы столкнулись с тем, что определение архитектуры отличается и при этом довольно спокойно принимается в самых разных значениях.

Условно говоря, архитектура — это способность чипа исполнять определенный машинный код. Это методы взаимодействия аппаратных составляющих и софта. На рынке компьютеров преобладает архитектура x86 авторства Intel, а в мобильном мире — ARM.

ARM – это и архитектура, построенная на платформе RISC, и название компании, которая ее лицензирует. Последняя предоставляет сторонним производителям возможность самостоятельно создавать чипы.

На ARM работают, грубо говоря, все современные смартфоны или планшеты.

Актуальной версией архитектуры считается ARMv8.4-A. Этот факт вряд ли будет упоминаться в описаниях чипов, но запомнить его стоит.

Читать еще:  Чем лучше утеплить балкон изнутри

Напоследок стоит отметить, что переход с ARMv7 на ARMv8 обозначил смену архитектуры с 32-битной на 64-битную. Говоря простым языком, с того момента как произошла смена, чипы смартфонов научились работать с числами, имеющими не 32, а 64 разряда. Это не только увеличило их производительность, но и позволило использовать в связке с ними бóльшие объемы оперативной памяти.

2. Количество ядер

Все-таки об архитектурах речь заходит не так часто, как о ядрах. В эпоху компьютеров многие судили по их количеству о том, насколько мощный ПК. Теперь почти все знают, что это не главное.

10-ядерная система на примере чипа MediaTek: 2 ядра Cortex-A72 для самых сложных задач, 4 Cortex-A53 с частотой 2.0 ГГц для оптимального соотношения производительность/энергоэффективность и 4 энергоэффективных Cortext-A53

В случае с SoC значение имеет тип каждого отдельного ядра. Производители часто объединяют в одном модуле несколько производительных ядер, которые будут использоваться для производительных задач, в частности, ресурсоемких игр, и некое число энергоэффективных ядер. Последние уменьшат энергопотребление в тех ситуациях, когда пользователь работает с простыми программами. Такой принцип называется big.LITTLE.

3. Тактовая частота

Этот пункт также часто вызывает недоразумения. Частота всегда указывается в герцах. Средний показатель современного чипа: 1.5-2.2 ГГц.

ГГц — расшифровывается как «гигагерц». Гига — миллиард, герц — один цикл в секунду. Частота чипа — это то, сколько операций (или тактов) он способен выполнить в секунду.

Но стоит понимать, что более высокая частота (2,4 ГГц) среднепроизводительного чипа хуже чем средняя частота (1,8 ГГц) производительной системы, если речь идет о сложных задачах.

4. Кэш (сверхоперативная память)

Это миниатюрный модуль, предоставляющий процессору некий объем памяти. Он дает возможность не обращаться каждый раз к оперативной памяти (которая работает медленнее, чем чип) и таким образом увеличить скорость исполнения простых программ.

5. Технологический процесс

Технологический процесс полупроводникового производства определяется разрешающей способностью оборудования для производства. Проще объяснить будет довольно сложно, но если упростить — это разрешение электронного пучка, используемого в литографии.

Флагманские чипы 2018 года выполнены по 10нм процессу, однако уже в конца года ожидается ряд чипов, построенных по 7нм.

Индустрия слегка отстает от некогда заданного графика, но будущее сулит невероятные прорывы

Уменьшение разрешающей способности дает возможность уместить ту же систему на физическом кристалле меньшего размера или, соответственно, большую систему на кристалле такого же размера.

Топовые производители

Как мы уже знаем, почти все процессоры построены на архитектуре ARM. Но компания абсолютно лояльно относится ко всем остальным и предлагает им широкие возможности в плане создания собственных решений. Те же Apple и Samsung не просто создают на базе ARM собственные чипы, но даже уникальные версии ядер.

В лидерах по производству однокристальных систем такие компании как Apple (серия Apple A), Qualcomm (Snapdragon), MediaTek (Helio), Samsung (Exynos), Huawei (Kirin).

Некоторое время назад в мобильных устройствах можно было встретить чипы Intel. Этот тот редкий случай, когда вместо архитектуры ARM использовалась x86. Правда, подобное положение вещей создавало проблемы для производителей смартфонов, ведь другая архитектура предусматривает иные принципы работы с софтом, и поэтому часто даже очень оптимизированные игры и программы хуже работали на таких системах. В свое время в пользу Intel свой выбор сделала компания Asus, представившая линейку из трех смартфонов Asus Zenfone 4, 5 и 6, а потом и Zenfone 2 на Intel Atom. На этом эксперимент был окончен, а сейчас Zenfone комплектуется чипами Snapdragon.

Отдельно стоит отметить компанию Nvidia, которая лишь экспериментирует на мобильном рынке, но не пытается с кем-то конкурировать. Nvidia Tegra использовался в минимальном количестве устройств, а сейчас на нем работает портативная консоль Nintendo Switch, и неизвестно, есть ли у компании дальнейшие планы в этом направлении.

Кое-какие шаги в этом направлении предпринимает и китайская Xiaomi. Зимой прошлого года она показала первое поколение Surge S1. Многие ждали продолжения в этом году и ожидали, что он предстанет в Xiaomi Mi A2, но компания пока хранит молчание.

Читать еще:  Как выбрать мебель для гостиной?

Если Xiaomi не бросит начатое, то нас ждет еще один конкурентоспособный игрок на рынке

О составляющих на примерах

Теперь, когда мы разобрали, что из себя представляет типичная система на кристалле, из чего она состоит и чем характеризуется, можем рассказать о тех же вещах, но уже называя конкретные имена.

Первым делом речь всегда заходит о ядрах. В случае с процессорами ARM это почти всегда Cortex. Например, в топовом на 2018 год Kirin 970 используются самые производительные ядра ARM Cortex-73. Всего их 4, несмотря на то что система восьмиядерная. Еще 4 ядра — это Cortex-A53, более энергоэффективные. Это тот самый принцип big.LITTLE, когда система включает в себя несколько ядер для разных задач.

Хоть ARM и является повсеместной архитектурой, компания дает возможность сторонним производителям максимально кастомизировать свои чипы. Так, Qualcomm в топовых чипах предлагает собственные решения (основанные на тех же Cortex) — Kryo. У флагманского Snapdragon 845, например, стоит 8 ядер Kryo 385. В данном случае используются одни и те же ядра с разной частотой: для требовательных задач до 2,8 ГГц, а в простых — до 1,8 ГГц.

Со следующими названиями графических ускорителей вы также наверняка знакомы. Qualcomm использует собственную разработку Adreno, у Apple стоят решения от PowerVR, а у всех остальных ARM Mali – разработка той же компании, которой принадлежит архитектура. Возможности каждого ускорителя можно определить количеством ядер, но намного важнее смотреть на поддерживаемые технологии: OpenGL ES 3.2, DirectX 12 и так далее.

В скобочках с уточнением техпроцесса часто указывается название компании, которая производит чипы (Samsung или TSMC).

Названия сетевых модемов вам вряд ли что-то скажут, поэтому всегда смотрите на максимальные показатели скорости, достижимые при их использовании в устройствах.

Тенденции

Тик-так

Большинству интересующихся сферой информационных технологий известно понятие «Тик-так». Это стратегия производства микропроцессоров компании Intel, которая распределена на 2 стадии: «Тик» — уменьшение технологического процесса; «Так» — оптимизация текущего поколения. У топовых производителей мобильных чипов есть аналогичные подходы, которые не так давно были нарушены. Это связано с тем, что изначально каждая стадия должна занимать год, но из-за физических ограничений, связанных с невозможностью так быстро уменьшать техпроцесс, компании работают с одной технологией чуть дольше. К слову, первые 7нм чипы должны показать в конце 2018 года, а вот когда ждать следующего обновления неизвестно.

Вот так это выглядит у Intel, но мобильная индустрия уже впереди

Искусственный интеллект

Эту тему также эксплуатируют почти все производители.

У Huawei есть NPU (neural processing unit) для задач, связанных с работой нейронных сетей, искусственного интеллекта и так далее. У A11, который имеет приставку Bionic в названии, за это отвечает Neural Engine. А вот у Qualcomm пока нет выделенного решения. За ИИ в чипах компании отвечает сигнальный процессор Hexagon.

В скором времени стоит ожидать появления отдельных модулей даже в среднебюджетных и недорогих чипах. Пока этим может похвастаться лишь Helio P60.

Модем

Здесь речь идет уже больше не о чипах, а о производителях устройств, которые успеют использовать их раньше остальных, застолбив за собой звание первых со связью нового поколения.

Новое поколение связи не только обеспечит большую скорость данных, но и даст возможность использовать режим «device-to-device», минуя сервера. Что касается чипов, то они постепенно начнут появляться сначала в дорогих устройствах, со временем становясь решением для всех.

Резюмируя

В отличие от микропроцессоров, устанавливаемых в компьютеры и ноутбуки, системы на кристалле (SoC) состоят из множества элементов и представляют из себя целые устройства, размещенные, тем не менее, на одной интегральной схеме.

Основные элементы любой такой схемы: процессорный модуль из нескольких ядер, графический процессор, модем, аудиочип и цифровой сигнальный процессор. Достаточно знать только их, чтобы составить впечатление о производительности чипа.

Все современные мобильные системы построены на архитектуре ARM, но сторонние производители добавляют в них собственные элементы, начиная с ядер и заканчивая графическими ускорителями. Двигателями отрасли являются Qualcomm, MediaTek, Huawei, Samsung и Apple.

В конце этого года мы ожидаем появления первых систем, построенных по 7нм техпроцессу, увеличения роли модулей для работы с искусственным интеллектом и перехода на связь нового поколения (5G).

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector