O que é CPU?
A CPU (Unidade Central de Processamento) é o núcleo computacional e de controle de um computador.
A CPU é composta por uma unidade aritmética lógica, uma unidade de controle, registros e barramentos que facilitam a comunicação entre eles. Suas principais funções incluem interpretar instruções do computador e processar dados em softwares de computador.
Antes da década de 1970, os processadores centrais consistiam em várias unidades independentes. Mais tarde, surgiram os processadores centrais fabricados com circuitos integrados, conhecidos como microprocessadores. Esses componentes altamente compactos são o que chamamos de microprocessadores, e os circuitos mais complexos dentro deles são projetados como unidades individuais poderosas, comumente conhecidas como núcleos.
A operação de quase todas as CPUs pode ser dividida em quatro etapas: busca, decodificação, execução e gravação. A CPU recupera instruções da memória ou do cache de alta velocidade, coloca-as em um registro de instruções, decodifica-as e, em seguida, executa as instruções. O conceito de programabilidade de um computador refere-se principalmente à programação da CPU.
O que é MPU?
Uma MPU (Unidade de Microprocessador), também conhecida como microprocessador, é um circuito integrado especial programável.
Uma MPU é apenas um processador que precisa ser emparelhado com vários outros periféricos, como memória, para constituir um sistema.
Os microprocessadores representam normalmente CPUs potentes (semelhantes a CPUs melhoradas). Estes chips servem frequentemente como CPU central em computadores e sistemas topo de gama.
Elas ganharam popularidade significativa na década de 1980, quando microcomputadores e consoles de jogos passaram a utilizar MPUs. Com o tempo, as MPUs ficaram menores. Hoje em dia, apenas as CPUs das séries x86 da Intel e da AMD são consideradas MPUs. Essas CPUs também se tornaram cada vez mais complexas, e rotulá-las como "microprocessadores" pode ser um pouco inadequado.
No campo dos computadores pessoais, é possível observar placas-mãe semelhantes ao diagrama acima. Ao conectar componentes como CPU, módulos de memória, placas de som etc., forma-se um sistema de computador completo. A placa-mãe inteira é grande e complexa em sua fabricação.
O que é MCU?
Uma MCU (Micro Control Unit), também conhecida como microcontrolador, refere-se a um microcomputador em que, com o surgimento e desenvolvimento de circuitos integrados em grande escala, o processador central, a memória, os temporizadores/contadores, várias interfaces de entrada/saída, etc., estão todos integrados num único chip. Pode funcionar com componentes mínimos (tais como resistências, condensadores) para formar um sistema mínimo capaz de executar código.
Em comparação com os microprocessadores de uso geral utilizados em computadores pessoais, um MCU enfatiza a autossuficiência (não dependendo de hardware externo) e a relação custo-benefício.
Sua maior vantagem é o tamanho compacto, que permite que seja colocado dentro de dispositivos, mas tem capacidade de armazenamento limitada, interfaces de entrada/saída simples e funcionalidade inferior.
O desenvolvimento das MCUs passou por fases que incluíram microcontroladores 8051 de 8 bits, microcontroladores AVR de 16 bits e microcontroladores STM de 32 bits.
Os MCUs integram processadores e vários módulos, como controladores USB, controladores UART, memória, Flash, etc. Com apenas alguns componentes externos, é possível construir um sistema eletrônico.
O que é SOC e SOPC?
Um Sistema em Chip (SOC) é um circuito integrado que integra um computador ou outros sistemas eletrônicos em um único chip.
Para fazer uma comparação: um MCU é um chip, enquanto um SOC é um sistema. Ele combina as vantagens dos MCUs e MPUs, tendo RAM e ROM integradas, além de ser tão potente quanto um MPU. Ele pode armazenar e executar códigos de nível de sistema, o que significa que pode rodar sistemas operacionais (principalmente Linux OS).
Além disso, SOPC é um conceito que vale a pena entender. Comparado aos conceitos mencionados acima, SOPC não é tão comum, mas sua importância continua a mesma.
O SOPC (System On a Programmable Chip) permite que as configurações de hardware sejam alteradas, o que significa que você pode construir seu próprio chip.
MCU vs. MPU
O MCU integra dispositivos periféricos no chip, e você pode adicionar diretamente dispositivos periféricos simples (resistores, capacitores) para executar o código. Em essência, ainda é um microcomputador completo de chip único com um processador e várias interfaces. Todo o desenvolvimento é baseado na arquitetura do sistema existente. O que o usuário precisa fazer é desenvolver programas de software e adicionar dispositivos externos.
O MPU não possui dispositivos periféricos (como matrizes de memória), é um processador de uso geral altamente integrado e é um MCU que remove periféricos integrados. O MCU, como a série Cortex-A da ARM, não pode executar o código diretamente, porque é essencialmente uma versão aprimorada da CPU, e a RAM e ROM correspondentes devem ser adicionadas.
| 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) |
