Mikroişlemci (MPU) veya Mikrodenetleyici (MCU)

Elektronik dünyasında, projeniz için doğru bilgi işlem birimini seçmek çok yararlıdır.İki popüler küçük bilgisayar türü mikrodenetleyici birimi (MCU) ve mikroişlemci ünitesidir (MPU).Her ikisi de modern cihazlarda kullanılırken, farklı işlere sahiptirler ve özel özelliklerle gelirler.MCU'lar ve MPU'lar arasındaki farklılıkları anlamak, ister basit bir kontrol görevi ister karmaşık bir veri-ağır süreç olsun, projeniz için en iyi seçeneği seçmenize yardımcı olabilir.Bu makale, akıllı bir seçim yapmanıza yardımcı olacak eksiksiz bir rehber sağlayarak MCU'lar ve MPU'ların özelliklerine, kullanımlarına ve farklılıklarına bakacaktır.

Katalog

Şekil 1: Bir devre kartında mikroişlemci (MPU) ve mikrodenetleyici (MCU)

MPU ve MCU nedir?

Bir MPU (mikroişlemci birimi) ve bir MCU (mikrodenetleyici birimi), hem elektronik cihazlarda kullanılan küçük bilgisayar türleridir, ancak farklı çalışırlar ve benzersiz özelliklere sahiptirler.

Mikrodenetleyici Birimi (MCU)

Şekil 2: Mikrodenetleyici birimi (MCU)

MCU, gömülü bir sistemdeki belirli görevleri yerine getirmek için yapılmış küçük bir bilgisayar çipidir.Merkezi bir işleme ünitesi (CPU), bellek ve diğer parçaları bir çipte birleştirir.CPU, yazılımdan talimatlar uygulayarak MCU'nun beyni olarak hareket eder.Bir MCU'daki bellek genellikle hem RAM (geçici veri depolama için) hem de flaş belleği (MCU'nun çalıştırdığı yazılım kodunu depolamak için) içerir.Bir MCU'ya yerleştirilen parçalar zamanlayıcılar, iletişim arayüzleri (UART, I2C, SPI gibi), analogdan dijital dönüştürücüler (ADC), dijital-analog dönüştürücüler (DAC) ve diğer giriş/çıkış (G/Ç) içerebilirişlevler.

MCU'lar, sensörleri yönetme, motorları kontrol etme, kullanıcı arayüzlerini kullanma veya veri toplama gibi yerleşik sistemlerde belirli kontrol görevlerini yerine getirecek şekilde tasarlanmıştır.Boyut, güç kullanımı ve maliyetinin önemli olduğu uygulamalarda yaygın olarak kullanılırlar.Örnekler arasında ev aletleri, otomobil sistemleri, tıbbi cihazlar ve endüstriyel otomasyon bulunmaktadır.

Mikroişlemci Ünitesi (MPU)

Şekil 3: Mikroişlemci ünitesi (MPU)

Bir MPU, bir MCU'ya kıyasla daha güçlü ve esnek bir işleme birimidir.Bir MCU'dan farklı olarak, bir MPU'nun hafızası ve aynı çipte yerleşik olan diğer parçaları yoktur.Bunun yerine, bellek (RAM ve ROM gibi) ve diğer parçalar için harici bileşenlere dayanır.Bu kurulum, MPU'ların daha fazla işlem gücü ve esneklik sunmasına izin vererek onları daha karmaşık ve zorlu uygulamalar için uygun hale getirir.

Bir MPU içindeki CPU tipik olarak daha gelişmiş, birden fazla görevi ve Linux veya Windows gibi işletim sistemlerini çalıştırabilmiştir.Bu, MPU'ları çok fazla hesaplama gücü, çoklu görev yetenekleri ve kapsamlı yazılım desteği gerektiren uygulamalar için idealdir.Örnekler arasında kişisel bilgisayarlar, akıllı telefonlar, tabletler ve üst düzey gömülü sistemler bulunmaktadır.

Birincil farklılıklar

Özellik	MCU	MPU
Hafıza	Çip üstü flaş belleği	Harici dram ve nvm
Başlangıç ​​zamanı	Hızlı	Harici bellek nedeniyle daha yavaş
Güç kaynağı	Tek voltajlı ray	Çoklu voltaj rayları
Çevre arayüzleri	Entegre çevre birimleri ile sınırlı	Kapsamlı harici bağlantı seçenekleri
Kullanım Koşulları	Gömülü sistemler, gerçek zamanlı uygulamalar	Karmaşık işletim sistemi tabanlı uygulamalar, yüksek veri verimi

Uygulama Perspektifi

Şekil 4: Bir MPU (mikroişlemci ünitesi) ve bir MCU'nun (mikrodenetleme ünitesi) karşılaştırılması

Bellek ve Performans

Mikrodenetleyici birimler (MCU'lar) ve mikroişlemci birimleri (MPU'lar) için bellek ve performansa bakarken, yapabilecekleri ve tipik olarak nerede kullanıldıkları arasındaki farklılıkları anlamak önemlidir.

MCU'lar, genellikle yaklaşık 2 megabayt çip üstü program belleği olan sınırlı bellekle inşa edilmiştir.Bu az miktarda bellek, çalıştırabilecekleri uygulamaların karmaşıklığını sınırlar.Sınırlı bellek, yalnızca yürütülebilen programların boyutunu değil, aynı zamanda işlenebilecek ve depolanabilecek veri miktarını da etkiler.MCU'lar, minimum bellek ve işleme gücü gerektiren görevler için tasarlanmıştır, onları sensörleri kontrol etmek, düşük seviyeli donanım işlevlerini yönetmek ve gerçek zamanlı kontrol sistemlerini yürütmek gibi basit, tekrarlayan görevler için mükemmel hale getirir.

Öte yandan, MPU'lar çok daha büyük miktarlarda belleğe erişebilir, genellikle yüzlerce megabayt veya hatta gigabayt dram ve nand.Bu büyük bellek kapasitesi, MPU'ların daha karmaşık ve kaynak yoğun uygulamaları ele almasını sağlar.Ekstra bellek, işletim sistemlerini çalıştırma, büyük veri kümelerinin işlenmesi, karmaşık algoritmaların yürütülmesi ve aynı anda birden fazla görevin kullanılması gibi gelişmiş işlevleri destekler.Büyük bellek ve işleme gücü, MPU'ları multimedya işleme, karmaşık kullanıcı arayüzleri ve yüksek performanslı bilgi işlem görevleri gibi uygulamalar için uygun hale getirir.

MCU'lar ve MPU'lar arasındaki bellek kapasitesindeki temel fark, performanslarını ve uygun oldukları uygulama türlerini doğrudan etkiler.MCU'lar, sınırlı bellekleri ile, verimliliğin ve sadeliğin gerekli olduğu ortamlar için mükemmeldir, MPU'lar yüksek hesaplama gücü ve önemli bellek kaynakları gerektiren durumlar için daha iyidir.Bu ayrım, her birinin elektronik sistemlerde oynadığı rolleri tanımlar, MCU'lar kontrol ve basit otomasyona odaklanır ve MPU'lar sofistike bilgi işlem ve işleme görevlerini kullanır.

Kullanıcı Arayüzü (UI)

Mikrodenetleyici birimleri (MCU'lar), yüksek çözünürlüklü ekranlar gerektirmeyen basit kullanıcı arayüzleri (UIS) için idealdir.Temel görevler için uygun maliyetli ve verimlidirler.Bir MCU tipik olarak sınırlı işlem gücüne ve belleğine sahiptir, bu da basit ekranları kontrol etmek ve basit giriş/çıkış işlemlerini işlemek için uygun hale getirir.Uygulama örnekleri arasında dijital saatler, temel termostatlar ve grafik karmaşıklığının minimum olduğu basit cihazlar yer alır.

Karmaşık ve yüksek çözünürlüklü grafik kullanıcı arayüzlerini işlemek için mikroişlemci birimler (MPU) gereklidir.MPU'lar, ayrıntılı grafikleri, dokunmatik arabirimleri ve daha gelişmiş kullanıcı etkileşimlerini yönetmek için gerekli olan mikrodenetleyici ünitelerden (MCUS) daha fazla işleme gücü ve bellek sağlar.Genellikle yüksek kaliteli görüntüler ve video oluşturmak için gerekli olan gömülü ince film transistör (TFT) LCD kontrolörleri içeren cihazlarda kullanılırlar.MPU kullanan uygulamalar arasında akıllı telefonlar, tabletler, gelişmiş tıbbi cihazlar ve otomotiv bilgi -eğlence sistemleri bulunmaktadır.

MCUS ve MPU'lar, kullanıcı arayüzünün karmaşıklığına ve grafik gereksinimlerine göre farklı amaçlara hizmet eder.MCU'lar daha basit, düşük çözünürlüklü arayüzler için uygundur, oysa MPU'lar daha karmaşık ve yüksek çözünürlüklü grafik arayüzler için gereklidir.

Bağlantı

Mikrodenetleyici birimler (MCU'lar) tipik olarak GPIO (genel amaçlı giriş/çıkış), UART (evrensel asenkron alıcı/verici), SPI (seri periferik arayüz) ve I2C (entegre edilmiş devre) gibi yaygın periferik arayüzler içerir.Bu arayüzler birçok temel kontrol görevi için yeterlidir, ancak yüksek hızlı veri iletişimini kullanırken sınırlamalara sahiptir.MCU'ların doğal tasarımı, basitlik ve maliyet etkinliğine öncelik verir, bu da genellikle daha yavaş işlem hızları ve sınırlı bellek ile sonuçlanır.Sonuç olarak, hızlı veri aktarım oranları gerektiren görevleri verimli bir şekilde yönetmek için mücadele ederler.

Buna karşılık, mikroişlemci birimleri (MPU) daha karmaşık ve veri yoğun uygulamaları işlemek için tasarlanmıştır.MPU'lar, USB 2.0 ve Ethernet bağlantı noktaları gibi yüksek hızlı iletişim çevre birimleriyle donatılmıştır.Bu çevre birimleri, MPU'nun daha hızlı veri aktarım oranlarını desteklemesini sağlar, bu da onları güçlü veri işleme özellikleri gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir.MPU'lar genellikle daha yüksek işleme gücüne ve daha kapsamlı bellek kaynaklarına sahiptir, bu da yüksek hızlı veri iletişimini etkili bir şekilde yönetme yeteneklerini daha da geliştirir.

Bir MPU mimarisi, multimedya işleme, ağ oluşturma ve gerçek zamanlı veri analizi gibi görevlerin daha iyi ele alınmasına izin verir.Bu özellik, gelişmiş otomasyon sistemleri, sofistike tüketici elektroniği ve endüstriyel kontrol sistemleri gibi büyük miktarlarda verilerin hızlı ve güvenilir bir şekilde işlenmesi gereken senaryolarda özellikle yararlıdır.

MCU'lar sınırlı veri iletişim ihtiyaçları olan basit, düşük maliyetli uygulamalar için mükemmel olsa da, MPU'lar daha zorlu görevler için gerekli performansı ve bağlantıyı sağlar.Bu ayrım, MPU'ları yüksek hızlı veri yoğun uygulamalar için tercih edilebilir bir seçim haline getirerek verimli ve etkili veri yönetimi sağlar.

Güç modları ve performans

Güç tüketimi

Mikrodenetleyiciler (MCU'lar) genellikle mikroişlemcilerden (MPU) daha az güç kullanır.Bunun nedeni, MCU'ların çok az enerji ile verimli bir şekilde çalışması, genellikle pili daha uzun süre dayanması için farklı düşük güç modlarına sahip olmasıdır.Bu düşük güçlü modlar, sistem meşgul olmadığında veya basit görevler yaptığında MCU'nun gücünü düşürmesine izin verir.Bu nedenle MCU'lar, enerji tasarrufu çok önemli olduğu pille çalışan cihazlar ve durumlar için mükemmeldir.

Öte yandan, mikroişlemciler (MPU'lar) genellikle daha karmaşık mimarileri ve daha fazla hesaplama gücü ihtiyacı nedeniyle daha yüksek güç tüketimine sahiptir.MPU'lar genellikle daha zorlu görevleri üstlenir ve daha fazla enerji gerektiren sofistike işletim sistemleri çalıştırır.Bu nedenle, performanstan ödün vermeden güç kullanımını optimize etmek için gelişmiş güç yönetimi tekniklerini içerirler.MPU'lar, performansın birincil endişe olduğu uygulamalar için daha uygundur ve güç tüketimi, yüksek performanslı bilgi işlem, sunucular ve belirli gömülü sistemler gibi daha az bir sınırlamadır.

İşleme gücü

MCU'lar, tutarlı ve zamanında yanıtlar gerektiren görevler için tasarlanmıştır.Otomotiv kontrol, endüstriyel otomasyon ve ev aletleri için gömülü sistemler gibi ortamlarda mükemmeldir.Bu birimler tipik olarak çıplak metal kod veya gerçek zamanlı işlem sisteminde (RTOS) çalışır, bu da gerçek zamanlı işlemeyi verimli bir şekilde işlemelerini sağlar.MCU'ların deterministik doğası, görevleri belirli zaman kısıtlamaları dahilinde tahmin edilebilir şekilde yönetebilecekleri anlamına gelir ve bu da onları uygulamalar için ideal hale getirir.

Öte yandan, MPU'lar daha yüksek hesaplama gücü gerektiren uygulamalar için uygundur.Bunlar, Linux veya Android gibi tam teşekküllü işletim sistemlerini çalıştırabilir ve MCU'lara kıyasla daha kapsamlı bir işlev yelpazesi sağlar.MPU'lar akıllı telefonlar, tabletler ve gelişmiş gömülü sistemler gibi daha karmaşık sistemlerde bulunur.Büyük veri kümelerini işlemek, aynı anda birden fazla uygulamayı çalıştırmak ve yoğun hesaplamalar yapmak için gerekli işleme gücünü sunarlar.

Bir MCU ve MPU arasındaki seçim, uygulamanızın neye ihtiyaç duyduğuna bağlıdır.Hızlı ve öngörülebilir yanıtlara ihtiyaç duyan görevler için MCU'lar doğru seçimdir.Çok fazla işlem gücü gerektiren ve tüm işletim sistemlerini çalıştırabilen uygulamalar için MPU'lar daha uygundur.

MCU ve MPU arasında seçim yapmak

Uygulamanız için bir mikrodenetleyici birimi (MCU) ve bir mikroişlemci ünitesi (MPU) arasında karar verirken, doğru seçimi yapmanızı sağlamak için çeşitli faktörlerin dikkate alınması gerekir.

• Uygulamanın karmaşıklığı

Çalışma sensörleri, motorları kontrol etme veya basit kullanıcı girişlerini yönetme gibi öncelikle kontrol odaklı daha basit görevler için genellikle bir MCU yeterlidir.MCU'lar, spesifik, düşük karmaşıklık görevleri için tasarlanmıştır ve bunları entegre çevre birimleri ve hafızaları ile ele almada etkilidir.

Öte yandan, uygulamanız gelişmiş algoritmalar çalıştırmak, büyük veri kümelerini işlemek veya yüksek hızlı veri akışlarını işlemek gibi karmaşık ve veri yoğunsa, MPU daha uygundur.MPU'lar daha yüksek işleme gücüne sahiptir ve karmaşık görevleri ve ağır hesaplama yüklerini MCU'lardan daha etkili bir şekilde yönetebilir.

• Kullanıcı arayüzü gereksinimleri

Bir MCU ve MPU arasındaki seçim, uygulamanızın kullanıcı arayüzü gereksinimlerine de bağlı olabilir.Basit metin veya temel grafik çıkış gibi temel ekranlara sahip uygulamalar için bir MCU bu görevleri etkili bir şekilde yönetebilir.MCU'lar, işleme yetenekleri üzerinde çok fazla zorlama yapmadan düşük çözünürlüklü ekranları ve basit grafik arayüzlerini işleyebilir.

Bununla birlikte, uygulamanız yüksek çözünürlüklü ekranlar, karmaşık animasyonlar veya etkileşimli dokunmatik ekranlar gibi gelişmiş grafik arayüzleri talep ediyorsa, MPU daha iyi bir seçimdir.MPU'lar daha sofistike grafik işlemeyi işlemek için tasarlanmıştır ve yüksek çözünürlüklü ekranları ve zengin kullanıcı arayüzlerini destekleyebilir.

• Güç tüketimi

Güç tüketimi bir MCU ve MPU arasında seçim yapmanın bir başka büyük faktörüdür.Pil tarafından çalışan cihazlar veya enerji tasarrufu sağlayan sistemler gibi düşük güç kullanımının önemli olduğu uygulamalar için MCU'lar idealdir.MCU'lar daha az güç kullanmak için yapılır, bu da onları enerji tasarrufu gerekli olduğu uygulamalara uygun hale getirir.

Performans uygulamanızdaki güç tüketimine öncelik verirse, MPU uygun bir seçimdir.MPU'lar genellikle daha yüksek işleme yetenekleri ve karmaşık görevlere destek nedeniyle daha fazla güç tüketir, ancak zorlu uygulamalar için gereken performansı sunarlar.

• Bağlantı ihtiyaçları

Son olarak, uygulamanızın bağlantı gereksinimlerini göz önünde bulundurun.Uygulamanız yüksek hızlı iletişim, çoklu çevresel arayüzler veya kapsamlı ağ özellikleri içeriyorsa, bir MPU bu ihtiyaçları karşılamak için daha donanımlıdır.MPU'lar çeşitli yüksek hızlı iletişim protokollerini destekler ve aynı anda birden fazla çevre birimini yönetebilir, bu da onları sağlam bağlantı gerektiren uygulamalara uygun hale getirir.

Örnekler: Arduino ve Raspberry Pi

Şekil 5: Arduino Uno ve Raspberry Pi

Arduino ve Raspberry Pi, her biri benzersiz güçlü ve uygulamaları olan elektronik projeleri için iki popüler platformdur.Farklılıklarını anlamak, hangisinin belirli bir proje için daha uygun olduğunu belirlemeye yardımcı olur.

Arduino bir mikrodenetleyici etrafında inşa edilmiştir.Mikrodenetleyici, gömülü bir sistemdeki belirli bir işlemi yönetmek için tasarlanmış kompakt bir entegre devredir.Bu, Arduino'yu basit kontrol görevleri için ideal hale getirir.Sensör verilerini okuma, motorları kontrol etme ve LED ekranları yönetme gibi hassas zamanlama ve gerçek zamanlı çalışma gerektiren görevlerde mükemmeldir.Arduino platformu, hızlı prototipleme ve dağıtım sağlayan basit bir programlama ortamı ile kullanım kolaylığı ile bilinir.Basitliği, yeni başlayanlar ve eğitim amaçları için ve düşük güç tüketiminin bir öncelik olduğu projeler için bir favori haline getirir.

Öte yandan, Raspberry Pi, aynı anda birden fazla görevi ele alabilen daha karmaşık ve güçlü bir entegre devre olan bir mikroişlemciye dayanmaktadır.Bu, Raspberry Pi'yi daha yüksek işleme gücü gerektiren daha karmaşık görevler için uygun hale getirir.Tam bir işletim sistemi çalıştırır, tipik olarak Linux'un bir sürümü, bir masaüstü bilgisayarına benzer görevleri gerçekleştirmesini sağlar.Raspberry Pi, web taraması, video akışı ile işleyebilir ve hatta kelime işlemcileri ve elektronik tablolar gibi yazılımları çalıştırabilir.Çeşitli çevre birimleriyle arayüz oluşturma yeteneği ve çoklu programlama dillerine verdiği desteği, ev otomasyonu ve robotiklerden medya merkezlerine ve ağ sunucularına kadar çok çeşitli uygulamalar için çok yönlü hale getirir.

Arduino, mikrodenetleyicisi ile basit, gerçek zamanlı kontrol görevleri için en iyisidir, mikroişlemcisi olan Raspberry Pi, çok fazla işlem gücüne ihtiyaç duyan daha karmaşık uygulamalar için uygundur.Bu temel farklılıkları bilmek, proje ihtiyaçlarınız için doğru platformu seçmenize yardımcı olur.

Çözüm

Bir mikroişlemci ünitesi (MPU) ve bir mikrodenetleyici birimi (MCU) arasında seçim yapmak, projenizin neye ihtiyaç duyduğuna bağlıdır.MCU'lar, düşük güce ihtiyaç duyan ve ucuz olan basit görevler için mükemmeldir.Ev aletleri, araba sistemleri ve temel kullanıcı kontrollerinde olduğu gibi enerji tasarrufu ve işleri basit bir konuda tuttuğu işler için mükemmeldir.Elde, MPU'lar size daha fazla işleme gücü ve esnekliği sağlar, bu da onları karmaşık ve veri ağır görevler için iyi hale getirir.Akıllı telefonlar, tabletler ve üst düzey sistemler gibi cihazlar için yararlı olan yüksek kaliteli grafikleri, gelişmiş hesaplamaları ve çoklu görevleri işleyebilirler.Bu farklılıkları bilmek, projeniz için doğru kısmı seçmenize, iyi ve verimli bir şekilde çalıştığından emin olmanıza yardımcı olur.

Sık sorulan sorular [SSS]

1. Mikrodenetleyici bir mikroişlemcinin yerini alabilir mi?

Hayır, bir mikrodenetleyici, yüksek hesaplama gücü ve karmaşık işletim sistemleri gerektiren görevlerde bir mikroişlemcinin yerini alamaz.Mikrodenetleyiciler, entegre çevre birimlerine sahip spesifik, basit kontrol görevleri için tasarlanırken, mikroişlemciler harici bileşenlerle daha zorlu uygulamaları işler.

2. Raspberry Pi bir mikrodenetleyici mi yoksa mikroişlemci mi?

Raspberry Pi bir mikroişlemcidir.Bir mikroişlemci ünitesi (MPU) kullanır ve tam bir işletim sistemi çalıştırır, bu da yüksek işleme gücü ve çoklu görev özellikleri gerektiren karmaşık görevler için uygun hale getirir.

3. MCU ve MPU arasındaki fark nedir?

Bir MCU (mikrodenetleme ünitesi) bir CPU, bellek ve çevre birimlerini belirli kontrol görevleri için tasarlanmış tek bir çip üzerinde entegre eder.Bir MPU (mikroişlemci ünitesi), karmaşık uygulamalar için daha fazla işlem gücü ve esneklik sunan bellek ve çevre birimleri için harici bileşenlere dayanır.

4. Hangisi daha hızlı, mikroişlemci veya mikrodenetleyicidir?

Bir mikroişlemci genellikle bir mikrodenetleyiciden daha hızlıdır.Mikroişlemciler yüksek hızlı veri işleme için tasarlanmıştır ve daha karmaşık görevleri yerine getirebilirken, mikrodenetleyiciler daha düşük işleme taleplerine sahip spesifik kontrol görevleri için optimize edilir.

5. Mikrodenetleyici bir CPU mu?

Bir mikrodenetleyici, tek bir çipte bellek ve çevre birimleri ile birlikte bir CPU içerir.Mimarisinin bir parçası olarak bir CPU'ya sahip olsa da, sadece bir CPU değildir;Belirli görevler için tasarlanmış eksiksiz bir bilgi işlem sistemidir.