Что такое CPU?
ЦП (центральный процессор) — это вычислительное и управляющее ядро компьютера.
ЦП состоит из арифметико-логического устройства, блока управления, регистров и шин, которые обеспечивают связь между ними. Его основные функции включают интерпретацию компьютерных инструкций и обработку данных в компьютерном программном обеспечении.
До 1970-х годов центральные процессоры состояли из нескольких независимых блоков. Позже появились центральные процессоры, изготовленные на основе интегральных схем, известные как микропроцессоры. Эти высококомпактные компоненты мы называем микропроцессорами, а наиболее сложные схемы в них спроектированы как мощные отдельные блоки, широко известные как ядра.
Работа почти всех ЦП может быть разделена на четыре этапа: извлечение, декодирование, выполнение и обратная запись. ЦП извлекает инструкции из памяти или высокоскоростного кэша, помещает их в регистр инструкций, декодирует, а затем выполняет инструкции. Понятие программируемости компьютера в первую очередь относится к программированию ЦП.
Что такое MPU?
MPU (микропроцессорный блок), также известный как микропроцессор, представляет собой программируемую специальную интегральную схему.
MPU — это просто процессор, который необходимо соединить с множеством других периферийных устройств, таких как память, чтобы сформировать систему.
Микропроцессоры, как правило, представляют собой мощные ЦП (сродни усовершенствованным ЦП). Эти чипы часто служат в качестве основного ЦП в компьютерах и высокопроизводительных системах.
Они приобрели значительную популярность в 1980-х годах, когда микрокомпьютеры и игровые консоли стали использовать MPU. Со временем MPU стали меньше по размеру. В настоящее время только процессоры Intel и AMD серии x86 считаются MPU. Эти процессоры также стали все более сложными, и называть их «микропроцессорами» может быть несколько некорректно.
В сфере персональных компьютеров можно увидеть материнские платы, похожие на схему, приведенную выше. Присоединяя такие компоненты, как процессор, модули памяти, звуковые карты и т. д., формируется полноценная компьютерная система. Вся материнская плата имеет большие размеры и сложную конструкцию.
Что такое MCU?
MCU (микроконтроллер), также известный как микроконтроллер, относится к микрокомпьютеру, в котором с появлением и развитием крупномасштабных интегральных схем центральный процессор, память, таймеры/счетчики, различные интерфейсы ввода/вывода и т. д. интегрированы в один чип. Он может работать с минимальным количеством компонентов (таких как резисторы, конденсаторы), образуя минимальную систему, способную выполнять код.
По сравнению с микропроцессорами общего назначения, используемыми в персональных компьютерах, микроконтроллеры отличаются самодостаточностью (независимостью от внешнего оборудования) и экономичностью.
Его главным преимуществом является компактный размер, позволяющий размещать его внутри устройств, но он имеет ограниченную емкость памяти, простые интерфейсы ввода/вывода и более низкую функциональность.
Разработка микроконтроллеров прошла несколько этапов, включая 8-разрядные микроконтроллеры 8051, 16-разрядные микроконтроллеры AVR и 32-разрядные микроконтроллеры STM.
MCU объединяют процессоры и различные модули, такие как USB-контроллеры, UART-контроллеры, память, Flash и т. д. С помощью всего нескольких внешних компонентов можно построить электронную систему.
Что такое SOC и SOPC?
Система на кристалле (SOC) — это интегральная схема, которая объединяет компьютер или другие электронные системы на одном кристалле.
Для сравнения: MCU — это чип, а SOC — система. SOC сочетает в себе преимущества MCU и MPU, имеет встроенную RAM и ROM, а также обладает мощностью MPU. Он может хранить и выполнять код системного уровня, то есть запускать операционные системы (в первую очередь Linux OS).
Кроме того, SOPC — это концепция, которую стоит понять. По сравнению с вышеупомянутыми концепциями, SOPC встречается не так часто, но его значение остается неизменным.
SOPC (System On a Programmable Chip) позволяет изменять конфигурации оборудования, что означает, что вы можете создать свой собственный чип.
MCU против MPU
MCU интегрирует периферийные устройства на кристалле, и вы можете напрямую добавлять простые периферийные устройства (резисторы, конденсаторы) для запуска кода. По сути, это по-прежнему полноценный однокристальный микрокомпьютер с процессором и различными интерфейсами. Вся разработка основана на существующей системной архитектуре. Пользователю необходимо разработать программное обеспечение и добавить внешние устройства.
MPU не имеет периферийных устройств (таких как массивы памяти), это высокоинтегрированный процессор общего назначения, а MCU — это процессор без встроенных периферийных устройств. MCU, такие как серия Cortex-A от ARM, не могут напрямую запускать код, поскольку по сути являются усовершенствованной версией CPU, и к ним необходимо добавить соответствующие RAM и ROM.
| 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) |
