מעבד מיקרו (MPU) או בקר מיקרו (MCU)
בעולם האלקטרוניקה, בחירת יחידת המחשוב המתאימה לפרויקט שלך מועילה מאוד.שני סוגים פופולריים של מחשבים קטנים הם יחידת המיקרו -בקר (MCU) ויחידת המיקרו -מעבד (MPU).בעוד ששניהם משמשים במכשירים מודרניים, יש להם עבודות שונות ומגיעים עם תכונות מיוחדות.הבנת ההבדלים בין MCUs ל- MPUS יכולה לעזור לך לבחור את האפשרות הטובה ביותר לפרויקט הספציפי שלך, בין אם מדובר במשימת בקרה פשוטה או תהליך מורכב כבד נתונים.מאמר זה יבחן את התכונות, השימושים וההבדלים של MCUs ו- MPUs, ויספק מדריך שלם שיעזור לכם לבחור בחירה חכמה.
קָטָלוֹג
איור 1: מעבד מיקרו (MPU) ומיקרו -בקר (MCU) על לוח מעגלים
מה זה MPU ו- MCU?
MPU (יחידת מיקרו -מעבד) ו- MCU (יחידת מיקרו -בקר) הם שניהם סוגים של מחשבים קטנים המשמשים במכשירים אלקטרוניים, אך הם עובדים אחרת ויש להם תכונות ייחודיות.
יחידת מיקרו -בקר (MCU)
איור 2: יחידת מיקרו -בקר (MCU)
MCU הוא שבב מחשב קטן המיועד לטיפול במשימות ספציפיות במערכת משובצת.הוא משלב יחידת עיבוד מרכזית (CPU), זיכרון וחלקים אחרים כולם על שבב אחד.המעבד משמש כמוחו של ה- MCU, מבצע הוראות מהתוכנה.הזיכרון ב- MCU כולל בדרך כלל גם זיכרון RAM (לאחסון נתונים זמני) וגם זיכרון פלאש (לאחסון קוד התוכנה ש- MCU פועל).חלקים המובנים ב- MCU יכולים לכלול טיימרים, ממשקי תקשורת (כמו UART, I2C, SPI), ממירים אנלוגיים-דיגיטליים (ADC), ממירי דיגיטלי לאנלוג (DAC) וקלט/פלט אחרים (קלט/פלט)פונקציות.
MCUs נועדו לבצע משימות בקרה ספציפיות במערכות משובצות, כגון ניהול חיישנים, שליטה על מנועים, טיפול בממשקי משתמש או איסוף נתונים.הם משמשים בדרך כלל ביישומים בהם גודל, שימוש בחשמל ועלות חשובים.דוגמאות לכך כוללות מכשירי בית, מערכות רכב, מכשירים רפואיים ואוטומציה תעשייתית.
יחידת מיקרו -מעבד (MPU)
איור 3: יחידת מיקרו -מעבד (MPU)
MPU הוא יחידת עיבוד חזקה וגמישה יותר בהשוואה ל- MCU.שלא כמו MCU, ל- MPU אין זיכרון וחלקים אחרים המובנים באותו שבב.במקום זאת, הוא מסתמך על רכיבים חיצוניים לזיכרון (כמו RAM ו- ROM) וחלקים אחרים.הגדרה זו מאפשרת ל- MPUS להציע כוח עיבוד וגמישות רבה יותר, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים מורכבים ודורשים יותר.
המעבד בתוך MPU הוא בדרך כלל מתקדם יותר, המסוגל לטפל במשימות מרובות ולהפעיל מערכות הפעלה כמו לינוקס או חלונות.זה הופך את MPUS לאידיאלי ליישומים הדורשים כוח חישובי רב, יכולות ריבוי משימות ותמיכה נרחבת בתוכנה.דוגמאות לכך כוללות מחשבים אישיים, סמארטפונים, טאבלטים ומערכות משובצות מתקדמות.
הבדלים ראשוניים
|
תכונה |
MCU |
MPU |
|
זֵכֶר |
זיכרון פלאש על שבב |
דרם חיצוני ו- NVM |
|
זמן סטארט-אפ |
מָהִיר |
איטי יותר בגלל זיכרון חיצוני |
|
ספק כוח |
מעקה מתח יחיד |
מסילות מתח מרובות |
|
ממשקים היקפיים |
מוגבלת להיקפי ציוד היקפי משולבים |
אפשרויות קישוריות חיצוניות נרחבות |
|
השתמש במקרים |
מערכות משובצות, יישומים בזמן אמת |
יישומים מורכבים מבוססי מערכת הפעלה, תפוקת נתונים גבוהה |
נקודת מבט של יישום
איור 4: השוואה בין MPU (יחידת מיקרו -מעבד) ו- MCU (יחידת מיקרו -בקר)
זיכרון וביצועים
כשמסתכלים על זיכרון וביצועים ליחידות מיקרו -בקר (MCU) ויחידות מעבד מיקרו (MPUS), חשוב להבין את ההבדלים במה שהם יכולים לעשות ואיפה הם משמשים בדרך כלל.
MCUs בנויים עם זיכרון מוגבל, בדרך כלל סביב 2 מגה-בייט של זיכרון התוכנית על השבב.כמות קטנה זו של זיכרון מגבילה את המורכבות של היישומים שהם יכולים להריץ.הזיכרון המוגבל משפיע לא רק על גודל התוכניות שניתן לבצע אלא גם על כמות הנתונים שניתן לעבד ולאחסן.MCUs מיועדים למשימות הדורשות עוצמת זיכרון ועיבוד מינימלית, מה שהופך אותם למושלמים למשימות פשוטות וחוזרות על עצמן כמו שליטה על חיישנים, ניהול פונקציות חומרה ברמה נמוכה וביצוע מערכות בקרה בזמן אמת.
מצד שני, ל- MPUs יש גישה לכמויות זיכרון גדולות בהרבה, לרוב מאות מגה -בייט או אפילו ג'יגה -בייט של DRAM ו- NAND.יכולת זיכרון גדולה זו מאפשרת ל- MPUS לטפל ביישומים מורכבים יותר ועתירי משאבים.הזיכרון הנוסף תומך בפונקציות מתקדמות כמו הפעלת מערכות הפעלה, עיבוד מערכי נתונים גדולים, ביצוע אלגוריתמים מורכבים וטיפול במשימות מרובות בו זמנית.כוח הזיכרון והעיבוד הגדול הופך את MPUS למתאים ליישומים כמו עיבוד מולטימדיה, ממשקי משתמש מורכבים ומשימות מחשוב בעלות ביצועים גבוהים.
ההבדל העיקרי ביכולת הזיכרון בין MCUs ל- MPUS משפיע ישירות על ביצועיהם ועל סוגי היישומים שהם מתאימים להם.MCUs, עם הזיכרון המוגבל שלהם, נהדרים לסביבות בהן יש צורך ביעילות ופשטות, ואילו MPUs טובים יותר למצבים הדורשים כוח חישובי גבוה ומשאבי זיכרון משמעותיים.הבחנה זו מגדירה את התפקידים שממלאים כל אחד במערכות אלקטרוניות, כאשר MCUs מתמקדים בשליטה ובאוטומציה פשוטה, ומטפלים במשימות מחשוב ועיבוד מתוחכמות.
ממשק משתמש (ממשק משתמש)
יחידות מיקרו-בקר (MCU) הן אידיאליות לממשקי משתמש פשוטים (UIS) שאינם דורשים מסכים ברזולוציה גבוהה.הם חסכוניים ויעילים למשימות בסיסיות.בדרך כלל ל- MCU יש כוח עיבוד וזיכרון מוגבלים, מה שהופך אותו למתאים לשליטה בתצוגות פשוטות וטיפול בפעולות קלט/פלט פשוטות.דוגמאות ליישומים כוללות שעונים דיגיטליים, תרמוסטטים בסיסיים ומכשירים פשוטים שבהם המורכבות הגרפית היא מינימלית.
יחידות מיקרו-מעבדים (MPUS) נדרשות לטיפול בממשקי משתמש מורכבים ורזולוציה גבוהה.MPUS מספקים יותר כוח וזיכרון לעיבוד מאשר יחידות מיקרו -בקר (MCU), הנדרשות לניהול גרפיקה מפורטת, ממשקי מגע ואינטראקציות מתקדמות יותר למשתמש.לעתים קרובות הם משמשים במכשירים הכוללים בקרי LCD משובצים טרנזיסטור דק (TFT), הנחוצים לצורך ביצוע תמונות ווידאו באיכות גבוהה.יישומים המשתמשים ב- MPUs כוללים סמארטפונים, טאבלטים, מכשירים רפואיים מתקדמים ומערכות אינפוטיננט רכב.
MCUS ו- MPUS משרתים מטרות שונות על בסיס המורכבות של ממשק המשתמש והדרישות הגרפיות.MCUs מתאימים לממשקים פשוטים יותר ברזולוציה נמוכה, ואילו MPUS נדרשים לממשקים גרפיים מורכבים יותר ורזולוציה גבוהה יותר.
קישוריות
יחידות מיקרו-בקר (MCU) כוללות בדרך כלל ממשקים היקפיים נפוצים כמו GPIO (קלט/פלט כללי למטרה), UART (מקלט/משדר אסינכרוני אוניברסלי), SPI (ממשק היקפי סדרתי) ו- I2C (מעגל משולב בין-משולב).ממשקים אלה מתאימים למשימות בקרה בסיסיות רבות אך יש להם מגבלות בעת הטיפול בתקשורת נתונים במהירות גבוהה.התכנון הגלום של MCUs מתעדף פשטות ואפקטיביות עלות, ולעתים קרובות גורם למהירויות עיבוד איטיות יותר וזיכרון מוגבל.כתוצאה מכך, הם נאבקים בניהול יעיל של משימות הדורשות שיעורי העברת נתונים מהירים.
לעומת זאת, יחידות מיקרו-מעבד (MPUS) נועדו לטפל ביישומים מורכבים יותר ועתיר נתונים.MPUS מצוידים בציוד היקפי לתקשורת במהירות גבוהה, כמו יציאות USB 2.0 ויציאות Ethernet.ציוד היקפי אלה מאפשר ל- MPU לתמוך בשיעורי העברת נתונים מהירים יותר, מה שהופך אותם למתאימים היטב ליישומים הדורשים יכולות טיפול בנתונים חזקים.ל- MPUs יש לעיתים קרובות כוח עיבוד גבוה יותר ומשאבי זיכרון נרחבים יותר, מה שמשפר עוד יותר את יכולתם לנהל ביעילות תקשורת נתונים במהירות גבוהה.
הארכיטקטורה של MPU מאפשרת טיפול טוב יותר במשימות כמו עיבוד מולטימדיה, רשת וניתוח נתונים בזמן אמת.יכולת זו שימושית במיוחד בתרחישים שבהם יש לעבד בכמויות גדולות של נתונים במהירות ובאמינות, כמו במערכות אוטומציה מתקדמות, אלקטרוניקה צרכנית מתוחכמת ומערכות בקרה תעשייתיות.
בעוד ש- MCUs מצוינים ליישומים פשוטים בעלות נמוכה עם צרכים מוגבלים לתקשורת נתונים, MPUS מספקים את הביצועים והקישוריות הדרושים למשימות תובעניות יותר.הבחנה זו הופכת את MPUS לבחירה עדיפה ליישומים עתירי נתונים במהירות גבוהה, מה שמבטיח ניהול נתונים יעיל ויעיל.
מצבי כוח וביצועים
צריכת חשמל
בקרי מיקרו (MCU) משתמשים בדרך כלל פחות כוח מאשר מעבדי מיקרו (MPUS).הסיבה לכך היא ש- MCUs מיועדים לעבוד ביעילות עם מעט אנרגיה, ולעתים קרובות יש מצבי עוצמה נמוכים שונים כדי לגרום לסוללה להימשך זמן רב יותר.מצבי עוצמה נמוכה אלה מאפשרים ל- MCU להוריד את כוחו להשתמש הרבה כאשר המערכת אינה עסוקה או לבצע משימות פשוטות.בגלל זה, MCUs נהדרים למכשירים ומצבים המונעים על סוללות שבהם חוסך אנרגיה חשוב מאוד.
מצד שני, מעבדי מיקרו (MPUS) בדרך כלל יש צריכת חשמל גבוהה יותר בגלל הארכיטקטורה המורכבת יותר שלהם והצורך בכוח חישובי גדול יותר.MPUs מטפלים לעתים קרובות במשימות תובעניות יותר ומריצות מערכות הפעלה מתוחכמות, הדורשות יותר אנרגיה.לכן הם משלבים טכניקות ניהול כוח מתקדמות כדי לייעל את השימוש בכוח מבלי להתפשר על הביצועים.MPUs מתאימים יותר ליישומים שבהם הביצועים הם הדאגה העיקרית, וצריכת החשמל היא פחות מגבלה, כמו למשל במחשוב בעל ביצועים גבוהים, שרתים וסוגים מסוימים של מערכות משובצות.
כוח עיבוד
MCUs מיועדים למשימות הדורשות תגובות עקביות ומתוזמנות.הם מצטיינים בסביבות כמו במערכות משובצות לבקרת רכב, אוטומציה תעשייתית ומכשירים ביתיים.יחידות אלה פועלות בדרך כלל על קוד מתכת חשופה או על מערכת הפעלה בזמן אמת (RTOS), המאפשרת להם להתמודד עם עיבוד בזמן אמת ביעילות.האופי הדטרמיניסטי של MCU פירושו שהם יכולים לנהל משימות באופן צפוי בתוך אילוצי זמן ספציפיים, מה שהופך אותם לאידיאליים ליישומים.
מצד שני, MPUS מתאימים ליישומים הדורשים כוח חישובי גבוה יותר.אלה מסוגלים להפעיל מערכות הפעלה מן המניין כמו לינוקס או אנדרואיד, ומספקות מגוון נרחב יותר של פונקציות בהשוואה ל- MCUs.MPUs נמצאים במערכות מורכבות יותר, כמו סמארטפונים, טאבלטים ומערכות משובצות מתקדמות.הם מציעים את כוח העיבוד הנחוץ לטיפול במערכי נתונים גדולים, הפעלת יישומים מרובים בו זמנית ולביצוע חישובים אינטנסיביים.
הבחירה בין MCU ל- MPU תלויה במה שהיישום שלך צריך.עבור משימות הזקוקות לתגובות מהירות וצפויות, MCUs הם הבחירה הנכונה.עבור יישומים הזקוקים לכוח עיבוד רב ויכולים להריץ מערכות הפעלה מלאות, MPUS מתאימים יותר.
בחירה בין MCU ל- MPU
כאשר מחליטים בין יחידת מיקרו -בקר (MCU) ליחידת מיקרו -מעבד (MPU) ליישום שלך, יש לקחת בחשבון מספר גורמים כדי להבטיח שתבחר את הבחירה הנכונה.
• מורכבות היישום
למשימות פשוטות יותר המכוונות לבקרה, כגון חיישני הפעלה, שליטה על מנועים או ניהול תשומות משתמש פשוטות, בדרך כלל מספיק MCU.MCUs מיועדים למשימות ספציפיות ומורכבות נמוכות והם יעילים בטיפול באלה עם ציוד היקפי המשולב שלהם וזיכרון.
מצד שני, אם היישום שלך מורכב ועתיר נתונים, כמו הפעלת אלגוריתמים מתקדמים, טיפול במערכי נתונים גדולים או עיבוד זרמי נתונים במהירות גבוהה, MPU מתאים יותר.ל- MPUs כוח עיבוד גבוה יותר ויכולים לנהל משימות מורכבות ועומסי חישוב כבדים בצורה יעילה יותר מ- MCUs.
• דרישות ממשק משתמש
הבחירה בין MCU ל- MPU יכולה להיות תלויה גם בדרישות ממשק המשתמש של היישום שלך.ליישומים עם תצוגות בסיסיות, כגון טקסט פשוט או פלט גרפי בסיסי, MCU יכול לנהל משימות אלה בצורה יעילה.MCUs יכולים להתמודד עם מסכים ברזולוציה נמוכה וממשקים גרפיים פשוטים ללא מאמץ רב על יכולות העיבוד שלהם.
עם זאת, אם היישום שלך דורש ממשקים גרפיים מתקדמים, כגון מסכים ברזולוציה גבוהה, אנימציות מורכבות או מסכי מגע אינטראקטיביים, MPU הוא הבחירה הטובה יותר.MPUS נועדו להתמודד עם עיבוד גרפי מתוחכם יותר ויכולים לתמוך בתצוגות ברזולוציה גבוהה וממשקי משתמש עשירים.
• צריכת חשמל
צריכת חשמל היא גורם גדול נוסף בבחירה בין MCU ל- MPU.ליישומים שבהם כוח נמוך להשתמש בעניינים, כגון מכשירים המופעלים על ידי סוללות או מערכות לחיסכון באנרגיה, MCUs הם אידיאליים.MCUs מיועדים להשתמש בפחות כוח, מה שהופך אותם מתאימים ליישומים בהם יש צורך בחיסכון באנרגיה.
אם הביצועים מקבלים עדיפות על צריכת חשמל ביישום שלך, MPU הוא הבחירה המתאימה.בדרך כלל MPUS צורכים יותר כוח בגלל יכולות העיבוד הגבוהות יותר שלהם ותמיכה במשימות מורכבות, אך הם מציעים את הביצועים הדרושים לדרישת יישומים.
• צרכי קישוריות
לבסוף, שקול את דרישות הקישוריות של היישום שלך.אם היישום שלך כרוך בתקשורת במהירות גבוהה, ממשקים היקפיים מרובים או יכולות רשת נרחבות, MPU מצויד טוב יותר כדי להתמודד עם צרכים אלה.MPUS תומכים בפרוטוקולי תקשורת במהירות גבוהה ויכולים לנהל מספר ציוד היקפי בו זמנית, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים קישוריות חזקה.
דוגמאות: ארדואינו מול Raspberry Pi
איור 5: ארדואינו אונו ו- Raspberry Pi
ה- Arduino ו- Raspberry Pi הם שתי פלטפורמות פופולריות לפרויקטים אלקטרוניים, שלכל אחד מהם נקודות החוזק והיישומים הייחודיים שלו.הבנת ההבדלים ביניהם עוזרת לקבוע איזה מהם מתאים יותר לפרויקט ספציפי.
הארדואינו בנוי סביב מיקרו -בקר.בקר מיקרו הוא מעגל משולב קומפקטי שנועד לשלוט בפעולה ספציפית במערכת משובצת.זה הופך את הארדואינו לאידיאלי למשימות שליטה פשוטות.הוא מצטיין במשימות הדורשות תזמון מדויק ופעולה בזמן אמת, כגון קריאת נתוני חיישנים, שליטה במנועים וניהול תצוגות LED.פלטפורמת Arduino ידועה בזכות קלות השימוש שלה, עם סביבת תכנות ישירה המאפשרת אבות -טיפוס ופריסה מהירים.הפשטות שלה הופכת אותו למועדף על למתחילים ולמטרות חינוכיות, כמו גם לפרויקטים שבהם צריכת חשמל נמוכה היא בראש סדר העדיפויות.
מצד שני, ה- Raspberry Pi מבוסס על מעבד מיקרו, שהוא מעגל משולב מורכב ועוצמתי יותר המסוגל לטפל במשימות מרובות בו זמנית.זה הופך את ה- Raspberry Pi המתאים למשימות מורכבות יותר הדורשות כוח עיבוד גבוה יותר.היא מפעילה מערכת הפעלה מלאה, בדרך כלל גרסה של לינוקס, ומאפשרת לה לבצע משימות הדומות למחשב שולחני.ה- Raspberry Pi יכול להתמודד עם גלישה באינטרנט, הזרמת וידאו ואפילו להריץ תוכנה כמו מעבדי תמלילים וגיליונות אלקטרוניים.היכולת שלה להתממשק עם ציוד היקפי שונות ותמיכתה בשפות תכנות מרובות הופכות אותו למגוון למגוון רחב של יישומים, החל מאוטומציה ביתית ורובוטיקה ועד מרכזי מדיה ושרתי רשת.
הארדואינו, עם בקר המיקרו שלו, הוא הטוב ביותר למשימות בקרה פשוטות בזמן אמת, ואילו ה- Raspberry Pi, עם המעבד המיקרו שלו, מתאים ליישומים מורכבים יותר הזקוקים להרבה כוח עיבוד.הכרת ההבדלים הבסיסיים הללו עוזרת לך לבחור את הפלטפורמה המתאימה לצרכי הפרויקט שלך.
מַסְקָנָה
בחירה בין יחידת מיקרו -מעבד (MPU) ליחידת מיקרו -בקר (MCU) תלויה במה שהפרויקט שלך צריך.MCUs מושלמים למשימות פשוטות הזקוקות לעוצמה נמוכה וזולות.הם נהדרים למשרות בהן חסכון באנרגיה ושמירה על דברים פשוטים, כמו במכשירי בית, מערכות רכב ובקרות משתמשים בסיסיות.על היד, MPUs מעניקים לך יותר כוח עיבוד וגמישות, מה שהופך אותם לטובים למשימות מורכבות וכבדות נתונים.הם יכולים להתמודד עם גרפיקה באיכות גבוהה, חישובים מתקדמים ומשימות ריבוי משימות, השימושיות למכשירים כמו סמארטפונים, טאבלטים ומערכות מתקדמות.הכרת ההבדלים הללו עוזרת לך לבחור את החלק הנכון לפרויקט שלך, וודא שהוא עובד היטב וביעילות.
שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]
1. האם בקר מיקרו יכול להחליף מעבד מיקרו?
לא, בקר מיקרו אינו יכול להחליף מעבד מיקרו במשימות הדורשות כוח חישובי גבוה ומערכות הפעלה מורכבות.בקרי מיקרו מיועדים למשימות בקרה ספציפיות ופשוטות עם ציוד היקפי משולב, ואילו מעבדי מיקרו מתמודדים עם יישומים תובעניים יותר עם רכיבים חיצוניים.
2. האם ה- Raspberry Pi הוא בקר מיקרו או מעבד מיקרו?
ה- Raspberry Pi הוא מעבד מיקרו.הוא משתמש ביחידת מיקרו -מעבד (MPU) ומריץ מערכת הפעלה מלאה, מה שהופך אותה למתאימה למשימות מורכבות הדורשות יכולות כוח עיבוד גבוהות ומיטב משימות.
3. מה ההבדל בין MCU ל- MPU?
MCU (יחידת מיקרו -בקר) משלבת מעבד, זיכרון וציוד היקפי על שבב יחיד, המיועדת למשימות בקרה ספציפיות.MPU (יחידת מיקרו -מעבד) מסתמכת על רכיבים חיצוניים לזיכרון וציוד היקפי, ומציעה כוח עיבוד גדול יותר וגמישות ליישומים מורכבים.
4. מה מהיר יותר, מעבד מיקרו או בקר מיקרו?
מעבד מיקרו הוא בדרך כלל מהיר יותר מאשר בקר מיקרו.מעבדי מיקרו מיועדים לעיבוד נתונים במהירות גבוהה ויכולים להתמודד עם משימות מורכבות יותר, ואילו בקרי מיקרו מותאמים למשימות בקרה ספציפיות עם דרישות עיבוד נמוכות יותר.
5. האם בקר מיקרו הוא מעבד?
בקר מיקרו כולל מעבד יחד עם זיכרון וציוד היקפי על שבב יחיד.אמנם יש לו מעבד כחלק מהארכיטקטורה שלו, אבל זה לא רק מעבד;זוהי מערכת מחשוב שלמה המיועדת למשימות ספציפיות.