Микроконтроллер это. Чем микроконтроллер отличается от микропроцессора Чем различаются микропроцессор и микроконтроллер

Микропроцессор - устройство, осуществляющее обработку цифровой информации или управляющее этим процессом, выполненное в виде одной или нескольких интегральных микросхем. Процессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ), управляющего действиями над числами, которые реализует АЛУ. Все современные микропроцессоры используют двоичную арифметику, в которой число представляется как сумма степеней цифры 2, умноженных на соответствующую цифру:

где каждый разряд двоичного числа a v ..., а п+[ может принимать только два значения: 0 или 1. Цифра 0 воспроизводится низким уровнем напряжения, а 1 - высоким.

Упрощенная структурная схема микропроцессорного устройства (М11У) приведена на рис. 2.16. Оно содержит микропроцессор, запоминающее устройство (ЗУ) или намять и устройство ввода-вывода (УВВ). Па процессор возлагается задача выполнения всех программных действий в соответствии с алгоритмом работы. В ЗУ хранятся команды программы функционирования процессора, а также значения констант и переменных величин, участвующих в вычислениях. Команды программы, воспринимаемые УУ, дают информацию о том, какие операции нужно выполнить, где в памяти хранить данные, куда следует записать результат и где расположена следующая команда. УВВ содержит в себе интерфейс - связующее звено, служащее для преобразования сигналов от микропроцессора в сигналы, доступные периферийным (внешним) устройствам, и наоборот. Интерфейс обеспечивает необходимое согласование (сопряжение) устройств но входным и выходным сигналам по форме представления сигналов (аналоговое, цифровое) и последовательности их прохождения.

Рис. 2.16.

Компоненты МПУ связаны между собой внутренними магистралями (шинами) - «-проводными линиями, по которым передаются «-разрядные двоичные числа. УУ координирует работу всех устройств системы с помощью шины управления. Передача данных из выбранной ячейки памяти или портов УВВ осуществляется посредством шины данных. Вся память МПУ пронумерована побайтно, единицей памяти является один байт. Для обращения процессора к памяти или к УВВ необходимо запросить адрес нужных данных по адресной шине. Запоминающие устройства подразделяются на постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ). ПЗУ применяют в основном для хранения фиксированных программ, постоянных коэффициентов, таблиц и т.п. ОЗУ предназначены для записи и хранения переменной информации, используемой непосредственно при выполнении арифметических и логических операций в ходе исполнения программы. Оперативная память является энергозависимой, т.е. при отсутствии напряжения питания информация не сохраняется. В качестве единиц измерения памяти используют байты, килобайты (1 Кбайт = 2 10 Б = 1024 Б). Важнейшая характеристика МПУ - разрядность, т.с. максимальная длина двоичного кода, который может передаваться и обрабатываться целиком. Скорость работы определяется тактовой частотой процессора, т.е. минимальное время выполнения любой операции (время переключения элементов в МПУ) соответствует одному периоду следования импульсов, вырабатываемых тактовым генератором.

Микропроцессорный контроллер {микроконтроллер) - вычислительное устройство, предназначенное для выполнения функций логического контроля и управления различными техническими объектами и сочетающее в себе микропроцессорное ядро и набор встроенных устройств ввода-вывода. В зависимости от конкретных условий применения микроконтроллер может иметь различное конструктивное исполнение. С развитием схемотехники получили распространение микроконтроллеры, в которых микросхемы процессора, памяти, преобразователей сигналов и их интерфейсы размещены на одной плате. Преимущественно используются однокристальные микроконтроллеры, выполненные в виде одной интегральной микросхемы. Они имеют малые габаритные размеры и высокую надежность.

Структура и характеристики микроконтроллеров определяют их функциональные возможности. Используются 4-, 8-, 16-, 32- и 64-разрядпые процессоры, способные выполнять операции с данными в формате с фиксированной точкой (в большинстве случаев) или плавающей точкой, что обеспечивает более высокую точность. Микроконтроллеры различаются наличием специализированных устройств ввода-вывода, таких как таймеры (счетчики импульсов), блоки захвата и сравнения, ШИМ-модули с разным количеством каналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), интерфейсы различного типа. Производителями выпускаются семейства микроконтроллеров, насчитывающие десятки представителей (серий) с разнообразными конфигурациями интерфейсов и составом встроенных периферийных устройств. Для решения задач, требующих большого объема и скорости вычислений, применяются специализированные микроконтроллеры, адаптированные к решению задач цифрового управления в реальном времени, - процессоры для цифровой обработки сигналов (англ. DSP - Digital Signal Processor). Существуют микроконтроллеры, специально предназначенные для управления полупроводниковыми преобразовательными устройствами, имеющие вычислительное ядро на базе DSP с объектно-ориентированной системой команд. Одним из лидеров в области производства микроконтроллеров является фирма Texas Instruments, выпускающая широкую номенклатуру устройств для управления силовыми электронными преобразователями. Одно из популярных семейств - микроконтроллеры С2000 |3].

Микропроцессор обычно не имеет RAM, ROM и IO контактов. Он обычно использует свои контакты в качестве шины для взаимодействия с периферийными устройствами, такими как RAM, ROM, последовательные порты, цифровой и аналоговый ввода-вывода. Из-за этого он расширяется на уровне доски.

Микроконтроллер - это «все в одном», процессор, RAM, IO на одном чипе, поэтому вы не можете (скажем) увеличить объем доступной RAM или количество портов ввода-вывода. Управляющая шина является внутренней и недоступной дизайнеру платы.

Это означает, что микропроцессор, как правило, может быть встроен в более крупные приложения общего назначения, чем микроконтроллер. Микроконтроллер обычно используется для более специализированных приложений.

Все это очень общие утверждения. Есть чипы, которые размывают границы.

However, as I mentioned, the line gets blurry. For example, recent Intel/AMD processors add a memory controller on the chip (previously it was in the chipset).

В составе многих современных цифровых устройств есть микроконтроллер и микропроцессор. Что представляют собой данные электронные компоненты?

Что такое микроконтроллер?

Под микроконтроллером понимается электронный компонент, содержащий в себе основные аппаратные модули, необходимые для выполнения им своих функций. Такие как, например:

• вычислительный чип;
• модуль ПЗУ;
• модуль ОЗУ;
• таймер;
• мосты;
• регулятор напряжения;
• порты ввода и вывода.

Таким образом, все соответствующие компоненты являются встроенными. Микроконтроллер, если он устанавливается в компьютере, чаще всего взаимодействует с другими аппаратными модулями ПК (например, жестким диском или оперативной памятью) напрямую и не применяет без особой надобности модули в ПК, аналогичные по назначению тем, что встроены в девайс.

Так, благодаря встроенному модулю, отвечающему за управление напряжением, микроконтроллер не требует адаптации внешнего напряжения к особенностям питания внутренних компонентов и в общем случае не использует внешних компонентов контроля над уровнем напряжения.

Микроконтроллеры, как правило, отвечают за какую-либо часть вычислительных операций. Например, если они стоят на ПК, это может быть чтение и запись данных, включение и выключение устройств, подключенных к ПК. Поэтому их производительность относительно невысока.

Часто микроконтроллер используется в приборах, в которых задействование микропроцессора не имеет особого смысла в силу его более высокой в большинстве случаев стоимости. Например, это может быть микроволновая печь, кондиционер или устройство, предназначенное для автоматического полива растений в саду. В составе отмеченных девайсов обычно присутствует самый простой по структуре микроконтроллер.

Что такое микропроцессор?

Под микропроцессором принято понимать микросхему, основным компонентом которой является кристалл из кремния или другого полупроводника. По сути, это в несколько раз более мощный, чем тот, что установлен в микроконтроллере, вычислительный чип. Но на этом сходства между рассматриваемыми типами электронных компонентов заканчиваются.

Микропроцессоры, как правило, не укомплектованы большим количеством дополнительных компонентов (как микроконтроллеры) и используют преимущественно внешние устройства в целях выполнения своих функций. Это могут быть модули ОЗУ, регуляторы напряжения или отдельные источники питания, порты ввода и вывода. В принципе, данные компоненты те же по назначению, что и в случае с контроллерами, но внешние. Однако, как и сам вычислительный чип микропроцессора, в большинстве случаев более производительные, чем те, что стоят в микроконтроллере.

Внутренних модулей у процессора немного. Как правило, современные модели электронных компонентов рассматриваемого типа содержат микросхему ОЗУ - из тех типов компонентов, что характерны для конструкции микроконтроллера. ПЗУ, регулятор напряжения, порты в структуре микропроцессора обычно отсутствуют.

Главное предназначение микропроцессора - сложные вычислительные операции. Поэтому он, как правило, обладает большой производительностью и инсталлируется в те девайсы, функционал которых ее требует. Например, в игровые приставки, ПК, мобильные устройства.

Сравнение

Основное отличие микроконтроллера от микропроцессора в том, что в первом компоненте основные модули, необходимые для выполнения им своих функций, - встроенные. Микропроцессор, в свою очередь, задействует по большей части внешние устройства. Вместе с тем микроконтроллер также способен обращаться к их ресурсам, если производительности тех, что являются встроенными, не хватает. Разумеется, это возможно, только если соответствующего типа внешние устройства предусмотрены в конструкции девайса, в котором используется микроконтроллер. Бывает, что их нет в принципе, - и тогда эффективность работы прибора зависит от производительности микроконтроллера.

Между двумя рассматриваемыми электронными компонентами, как правило, есть существенная разница по уровню скорости вычислений. Микроконтроллер в большинстве случаев менее производителен, чем микропроцессор аналогичного назначения (если, конечно, они взаимозаменяемы в конкретном устройстве), поскольку рассчитан на выполнение только части вычислительных операций или же тех, что имеют очень простую структуру.

Определив, в чем разница между микроконтроллером и микропроцессором, зафиксируем выводы в таблице.

Таблица

Мы пребываем в неком замешательстве, когда нас спрашивают о различии между микропроцессорами и микроконтроллерами. Вроде бы одинаковые они, но это не так. Итак обсудим их и разберем основные различия.

Микроконтроллер

Это как маленький компьютер на одной микросхеме. Он содержит ядро процессора, ПЗУ, ОЗУ и порты ввода/вывода, которые отвечают за выполнение различных задач. Микроконтроллеры обычно используются в проектах и приложениях, которые требуют прямого управления пользователя. Так как он имеет все компоненты, необходимые в одном чипе, он не нуждается в каких-либо внешних цепей, чтобы сделать свою задачу, так микроконтроллеры часто используются во встраиваемых системах и основные микроконтроллеры производства компании делают их применение на рынке встраиваемых решений. Микроконтроллер можно назвать сердцем встроенных систем. Некоторые примеры популярных микроконтроллеров: 8051, АВР, серия pic.

Выше архитектуры 8051 микроконтроллера. И вы можете видеть все необходимые компоненты для небольшого проекта присутствуют в одном чипе.

Микропроцессор имеет только процессор внутри них в одной или нескольких интегральных схем. Как и микроконтроллеры не имеют оперативной памяти, ROM и другие периферийные устройства. Они зависят от внешних цепей периферийных устройств к работе. Но микропроцессоры делаются не для конкретной задачи, а они необходимы там, где задачи являются сложными и хитрыми, как Разработка программного обеспечения, игр и других приложений, требующих большого объема памяти и где вход и выход не определены. Его можно назвать сердцем компьютерной системы. Некоторые примеры являются микропроцессор Pentium, i3, и i5, и т. д.

Из этого образа архитектуры микропроцессоров можно легко увидеть, что это есть регистры и АЛУ в качестве устройства обработки и не имеет оперативной памяти, ПЗУ в нем.

Итак, в чем разница между микропроцессором и микроконтроллером?

1. Ключевым отличием в них является наличие внешнего периферийного устройства, в микроконтроллерах ОЗУ, ПЗУ, ЭСППЗУ встроенные в него, в случае микропроцессоров мы должны использовать внешние цепи.

2. Вся периферийного микроконтроллера собрана на одном кристалле она компактна, в то время как микропроцессор является громоздким.

3. Микроконтроллеры изготавливаются с использованием комплементарных металл-оксид-полупроводниковой технологии, поэтому они гораздо дешевле, чем микропроцессоры. Кроме того, заявления, что микроконтроллеры дешевле, потому что они нуждаются в меньших внешних компонентов, в то время как общая стоимость системы с микропроцессорами высокая из-за большого числа внешних компонентов, необходимых для таких устройств.

4. Скорость обработки данных микроконтроллеров составляет около 8 МГц до 50 МГц, но в отличие от скорости обработки из микропроцессоров выше 1 ГГц, поэтому они работают намного быстрее, чем микроконтроллеры.

5. Как правило, микроконтроллеры имеют энергосберегающие системы, как режим ожидания или режим экономии энергии, поэтому в целом он использует меньше энергии, а также с внешними компонентами используют низкое общее потребление мощности. В то время как в микропроцессорах, как правило, отсутствует система энергосбережения, а также многие внешние компоненты используются с ним, так что его энергопотребление высокое по сравнению с микроконтроллерами.

6. Микроконтроллеры являются компактными, поэтому этот параметр делает их выгодным и эффективным в системах для малых продуктов и приложений в то время как микропроцессоры являются громоздкими, поэтому они предпочтительны для больших изделий.

7. Задачи, выполняемые микроконтроллером ограничены и, как правило, менее сложные. Хотя задачи, выполняемые микропроцессорами являются: Разработка программного обеспечения, разработка игр, сайтов, оформление документов и т. д. которые, как правило, более сложные, поэтому требуют больше памяти и скорости, поэтому внешнее ПЗУ, ОЗУ используются с ним.

8. Микроконтроллеры основаны на Гарвардской архитектуре памяти программ и памяти данных, где находятся отдельные микропроцессоры, а основаны на фон Неймановской модели, где программы и данные хранятся в одной памяти модуля.