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微控制器與微處理器，有什么選擇？
微控制器與微處理器，有什么選擇？
在數(shù)字設(shè)計期間，微控制器與微處理器的選擇可能是一個棘手的過程，工程師們?nèi)栽谂ふ夜模嬎隳芰Γ度胧焦δ芎蛢r格之間的正確折衷方案。設(shè)計人員在項(xiàng)目期間應(yīng)該做出的第一個重大決定是，是否將微控制器與微處理器作為主要邏輯單元。為了幫助您完成此任務(wù)，在這里我們介紹并比較微控制器和微處理器之間的主要區(qū)別，并將幫助您選擇使用微處理器還是微處理器。開始吧。
什么是微處理器
微處理器是任何現(xiàn)代計算機(jī)的核心：它們是負(fù)責(zé)處理程序中存儲的每個操作的單芯片處理單元。微處理器從外部存儲器讀取算法，并使用特定語言執(zhí)行命令。該語言定義了微處理器的類型，可以是RISC（精簡指令集計算機(jī)）或CISC（復(fù)雜指令集計算機(jī)）。
微處理器的整個設(shè)計鏈著重于提高其計算能力和效率，而很少或根本不需要內(nèi)部外圍設(shè)備。這樣就可以創(chuàng)建非常快速，精確和高效的計算單元。但是，由于整個制造過程僅用于處理，因此微處理器需要使用外圍設(shè)備，例如存儲器，I / O引腳，串行通信，電源控制。圖1顯示了應(yīng)用微處理器的數(shù)字板的功能圖，以及它如何與外部外圍設(shè)備交互。由于它沒有內(nèi)部存儲器，因此無法直接對微處理器進(jìn)行編程，并且只能運(yùn)行ROM存儲器提供的指令。
圖1：典型的微處理器應(yīng)用圖
什么是微控制器
微控制器是更完整的邏輯單元：它們在單個芯片中集成了微處理器和所有必需的外圍設(shè)備：存儲器，I / O引腳，計時器，串行接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電源管理等。單個任務(wù)中的應(yīng)用：設(shè)計人員只需要選擇微控制器，而不需要選擇所有外設(shè)并設(shè)計它們之間的接口。與微處理器不同，微控制器是可編程的，也就是說，它可以通過串行或并行通信來接收和存儲代碼。
微控制器是嵌入式設(shè)備，通常針對其設(shè)計的特定任務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化。它們嵌入在汽車，智能手機(jī)，警報器和冰箱中。但是，通用微控制器也可以在市場上大量購買。這些微控制器是為原型設(shè)計的，通常在嵌入式開發(fā)板中出售以進(jìn)行原型設(shè)計。開發(fā)板的一個流行示例是Arduino Uno，它以8位ATMega微控制器為核心。
圖2：具有內(nèi)部外圍設(shè)備的基本微控制器
架構(gòu)比較
微處理器和微控制器之間的根本區(qū)別在于體系結(jié)構(gòu)。組成典型微處理器的主要模塊如圖3所示。算術(shù)邏輯單元（ALU）是組合數(shù)字電路，負(fù)責(zé)執(zhí)行整數(shù)之間的簡單操作（加法，減法，組合邏輯），是微處理器的基本模塊。除了ALU，基本的微處理器體系結(jié)構(gòu)還需要寄存器。寄存器是能夠?qū)?shù)值存儲在CPU內(nèi)部的數(shù)字電路，它們是累加輸出值和ALU狀態(tài)的必要條件，它們可以用作下一個操作的輸入。最后，控制單元負(fù)責(zé)微處理器與外圍設(shè)備之間的同步，通信和數(shù)據(jù)傳輸。
圖3：微處理器的總體圖
在內(nèi)存訪問方面，微處理器通常基于馮·諾依曼架構(gòu)，將程序和數(shù)據(jù)都存儲在同一內(nèi)存中。相反，微控制器具有內(nèi)部存儲器模塊，這有助于實(shí)現(xiàn)哈佛體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)將程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開。這樣可以更快，更有條理地分配內(nèi)存，從而降低程序的復(fù)雜性。
應(yīng)用比較
微控制器更適合需要優(yōu)化成本和減少組件數(shù)量的應(yīng)用。由于所需的外部組件數(shù)量較少，因此可以輕松地在便攜式設(shè)備中實(shí)現(xiàn)它們。例如，微控制器廣泛用于智能手表，手機(jī)，相機(jī)和汽車。微控制器也是要求高確定性和可靠性的應(yīng)用中的最佳選擇，因?yàn)檎麄€數(shù)字系統(tǒng)在設(shè)計上都可以在工廠正常工作，而微處理器應(yīng)用則需要由設(shè)計人員開發(fā)整個數(shù)字系統(tǒng)，這可能會引入功能錯誤。顧名思義，微控制器更適用于控制過程，接收傳感器數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行處理以及向外部執(zhí)行器提供控制信號。
由于需要外部組件，微處理器應(yīng)用通常具有較高的成本和較高的功耗。因此，微處理器適用于計算性能至關(guān)重要的情況，例如個人計算機(jī)，高質(zhì)量視頻處理和高級數(shù)據(jù)處理。同樣，在需要外圍設(shè)備具有比微控制器所不能提供的功能更多的功能的應(yīng)用中，微處理器是一個不錯的選擇，例如大內(nèi)存和快速的通信速度。基本上，在需要在短時間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序中需要微處理器，例如高速通信系統(tǒng)，個人和多功能計算機(jī)，視頻處理和計算機(jī)視覺。這種類型的應(yīng)用通常還需要多個微處理器，
內(nèi)存比較
如前所述，沒有外部存儲模塊，微處理器就無法運(yùn)行。這包括用于存儲編程算法的ROM存儲器和用于處理數(shù)據(jù)的RAM存儲器。盡管這會增加系統(tǒng)的最終價格和功耗，但使用外部存儲器仍可靈活使用較大的代碼大小和處理大量數(shù)據(jù)。
另一方面，微控制器具有內(nèi)部存儲器，為簡單的任務(wù)提供了必要的存儲能力。這提供了優(yōu)化的功耗，并減少了成本和工程時間。但是，設(shè)計人員僅限于微控制器提供的功能：例如，微控制器的程序存儲器通常限于2 MB的空間。由于微控制器更專注于單個任務(wù)，因此在某些情況下，內(nèi)存大小不足。需要存儲大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序可能與市場上可用的微控制器不兼容。
功耗比較
僅考慮芯片本身，微控制器通常更適合于低功耗應(yīng)用。首先，現(xiàn)代微控制器比典型的微處理器提供更多的低功耗模式（空閑，睡眠，待機(jī)）。其次，微處理器需要外部硬件，可能無法針對低功耗操作進(jìn)行優(yōu)化。相反，微控制器的內(nèi)部外圍設(shè)備被設(shè)計為在特定操作模式下使用最佳功率來協(xié)調(diào)工作。因此，對于功耗敏感的應(yīng)用和電池供電的設(shè)備，微控制器通常是最佳選擇。
另一個基本區(qū)別是電源的設(shè)計。微控制器僅需為整個系統(tǒng)提供一個電源，因?yàn)槿绻枰妷赫{(diào)整是由集成電路本身在內(nèi)部進(jìn)行的。另一方面，微處理器可能需要用于不同數(shù)字模塊的多個電壓軌，這可能會增加成本和復(fù)雜性。
尺寸比較
基于微處理器的系統(tǒng)大于等效的基于微處理器的系統(tǒng)。使用外部硬件需要印刷電路板，其中包含執(zhí)行所需任務(wù)所需的所有外圍組件，內(nèi)部通信總線和電源轉(zhuǎn)換器。相反，微控制器是單芯片設(shè)備，可以輕松地嵌入到較大的電路中，而不會占用大量空間。
價格對比
微控制器通常比微處理器便宜。這是因?yàn)樵O(shè)計人員可以獲取完整的系統(tǒng)，而無需單獨(dú)購買每個外圍設(shè)備并設(shè)計互連電路。而且，微處理器的工作頻率比微控制器大得多，這使整個電路更加昂貴。但是，微處理器僅應(yīng)在需要更快處理和功能強(qiáng)大的外圍設(shè)備的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，從而證明了成本的增加。
結(jié)論微控制器與微處理器
微處理器和微控制器是指定給類似壁ni的設(shè)備，在某些情況下其應(yīng)用范圍可能會重疊。但是，它們是為不同的目的而設(shè)計的：微控制器旨在控制系統(tǒng)，從外部傳感器接收信息并做出執(zhí)行單個任務(wù)的決定，而微處理器則旨在非常快速地處理大量數(shù)據(jù)并以更大的速度運(yùn)行。一般時尚。在兩者之間進(jìn)行選擇之前，工程師應(yīng)考慮預(yù)期的應(yīng)用程序類型，所需的處理能力以及設(shè)計約束，例如內(nèi)存，功耗，成本和大小。
