¿Qué es la CPU?
La CPU (unidad central de procesamiento) es el núcleo computacional y de control de un ordenador.
La CPU está compuesta por una unidad aritmética lógica, una unidad de control, registros y buses que facilitan la comunicación entre ellos. Sus funciones principales incluyen interpretar las instrucciones del ordenador y procesar los datos en el software informático.
Antes de la década de 1970, los procesadores centrales consistían en múltiples unidades independientes. Más tarde, surgieron los procesadores centrales fabricados con circuitos integrados, conocidos como microprocesadores. Estos componentes altamente compactos son lo que denominamos microprocesadores, y los circuitos más complejos que contienen están diseñados como potentes unidades individuales, comúnmente conocidas como núcleos.
El funcionamiento de casi todas las CPU se puede dividir en cuatro etapas: obtención, decodificación, ejecución y reescritura. La CPU recupera las instrucciones de la memoria o de la caché de alta velocidad, las coloca en un registro de instrucciones, las decodifica y, a continuación, ejecuta las instrucciones. El concepto de programabilidad de un ordenador se refiere principalmente a la programación de la CPU.
¿Qué es MPU?
Una MPU (unidad de microprocesador), también conocida como microprocesador, es un circuito integrado especial programable.
Una MPU es simplemente un procesador que debe combinarse con otros numerosos periféricos, como la memoria, para constituir un sistema.
Los microprocesadores suelen ser CPU potentes (similares a las CPU mejoradas). Estos chips suelen servir como CPU central en ordenadores y sistemas de gama alta.
Ganaron gran popularidad en la década de 1980, cuando los microordenadores y las consolas de videojuegos utilizaban MPU. Con el tiempo, las MPU se han reducido de tamaño. Hoy en día, solo las CPU de la serie x86 de Intel y AMD se consideran MPU. Estas CPU también se han vuelto cada vez más complejas, por lo que etiquetarlas como «microprocesadores» podría resultar algo inadecuado.
En el ámbito de los ordenadores personales, se pueden observar placas base similares al diagrama anterior. Al conectar componentes como la CPU, los módulos de memoria, las tarjetas de sonido, etc., se forma un sistema informático completo. La placa base completa es de gran tamaño y su fabricación es compleja.
¿Qué es MCU?
Una MCU (unidad de control microelectrónico), también conocida como microcontrolador, es un microordenador en el que, con la aparición y el desarrollo de los circuitos integrados a gran escala, el procesador central, la memoria, los temporizadores/contadores y diversas interfaces de entrada/salida, entre otros, se integran en un solo chip. Puede funcionar con un número mínimo de componentes (como resistencias y condensadores) para formar un sistema mínimo capaz de ejecutar código.
En comparación con los microprocesadores de uso general que se utilizan en los ordenadores personales, un MCU hace hincapié en la autosuficiencia (no depende de hardware externo) y la rentabilidad.
Su mayor ventaja es su tamaño compacto, que permite colocarlo dentro de los dispositivos, pero tiene una capacidad de almacenamiento limitada, interfaces de entrada/salida simples y una funcionalidad inferior.
El desarrollo de las MCU ha pasado por varias fases, incluyendo los microcontroladores 8051 de 8 bits, los microcontroladores AVR de 16 bits y los microcontroladores STM de 32 bits.
Las MCU integran procesadores y diversos módulos, como controladores USB, controladores UART, memoria, Flash, etc. Con solo unos pocos componentes externos, se puede construir un sistema electrónico.
¿Qué son SOC y SOPC?
Un sistema en un chip (SOC) es un circuito integrado que integra un ordenador u otros sistemas electrónicos en un solo chip.
A modo de comparación: una MCU es un chip, mientras que un SOC es un sistema. Combina las ventajas de las MCU y las MPU, ya que tiene RAM y ROM integradas y, al mismo tiempo, es tan potente como una MPU. Puede almacenar y ejecutar código a nivel de sistema, lo que significa que puede ejecutar sistemas operativos (principalmente Linux).
Además, SOPC es un concepto que vale la pena comprender. En comparación con los conceptos mencionados anteriormente, SOPC no es tan frecuente, pero su importancia sigue siendo la misma.
El SOPC (sistema en un chip programable) permite cambiar las configuraciones de hardware, lo que significa que se puede construir un chip propio.
MCU frente a MPU
La MCU integra dispositivos periféricos en el chip, y se pueden añadir directamente dispositivos periféricos simples (resistencias, condensadores) para ejecutar el código. En esencia, sigue siendo un microordenador completo de un solo chip con un procesador y varias interfaces. Todo el desarrollo se basa en la arquitectura del sistema existente. Lo que el usuario tiene que hacer es desarrollar programas de software y añadir dispositivos externos.
La MPU no tiene dispositivos periféricos (como matrices de memoria), es un procesador de uso general altamente integrado y es una MCU que elimina los periféricos integrados. Las MCU, como la serie Cortex-A de ARM, no pueden ejecutar el código directamente, ya que son esencialmente una versión mejorada de la CPU y se debe añadir la RAM y la ROM correspondientes.
| Feature | Microcontroller (MCU) | Microprocessor (MPU) |
|---|---|---|
| Bit Width | Mainstream: 8-32 bits, Some 64-bit | Minimum: 32 bits, Mainstream: 64-bit |
| Operating Frequency | Several MHz to several hundreds of MHz | Mainstream: From hundreds of MHz to several GHz |
| Architecture | Pipeline or random logic systems are mainstream, with some being superscalar | Superscalar architecture is mainstream |
| Memory Management | Can have some external memory, but main memory is built-in, with some having built-in cache and MMC units | Mainstream to have external memory, with some having built-in cache and MMC units |
| Instruction Set | Basic arithmetic and logic operations, limited DSP and floating-point operation support in high-end versions | Supports a wider range of instructions, including DSP and floating-point operations |
| Price | Low | High |
| Examples | ARM Cortex-M (Designed for small-footprint/low-power controller applications) | ARM Cortex-A (Developed with a focus on high-performance application processors) |
