Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Was sind die Unterschiede zwischen ihnen?

Globaler Lieferant elektronischer Komponenten AMPHEO PTY LTD: Umfangreiches Inventar für One-Stop-Shopping. Einfache Anfragen, schnelle, individuelle Lösungen und Angebote.

Was ist ein Mikroprozessor?

Ein Mikroprozessor ist eine Art Zentraleinheit (CPU), die in Computern verwendet wird, um logische und mathematische Prozesse sowie Anweisungen auszuführen. Das „Gehirn“ eines Computers oder eines anderen elektronischen Geräts ist ein integrierter Schaltkreis. Mikroprozessoren sind für das Abrufen, Dekodieren und Ausführen der Anweisungen eines Computerprogramms zuständig. Sie sind typischerweise in Desktop- und Laptop-Computern, Smartphones und anderen elektronischen Geräten zu finden. Mikroprozessoren werden im Gegensatz zu Mikrocontrollern häufig in Systemen eingesetzt, die allgemeine Rechenkapazitäten erfordern und nicht speziell für steuerungsbezogene Aufgaben vorgesehen sind.

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? - Blog - Ampheo - 1

Mikroprozessorarchitektur

Die Steuereinheit ist dafür verantwortlich, Anweisungen aus dem Speicher abzurufen und sie in Maschinencode zu dekodieren.
Die Arithmetisch-logische Einheit (ALU) führt mathematische Operationen und logische Vergleiche durch.
Die Register werden zum Speichern von Daten und Anweisungen verwendet.

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? - Blog - Ampheo - 2

Was ist ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Computer, der aus einem einzigen integrierten Schaltkreis (IC) besteht, der auch Speicher, programmierbare Eingabe-/Ausgabe-Peripheriegeräte (I/O), Timer, Zähler und andere Komponenten enthält. Er bietet das absolute Minimum an Verarbeitungsleistung, Speicher und Schnittstellen. Im Vergleich zum SoC-Gehäuse sind die Peripheriegeräte des Mikrocontrollers weniger spezialisiert. MCUs, die auch als Mikrocontroller oder Mikrocontrollereinheiten bezeichnet werden, werden häufig in kleinen eingebetteten Steuerungssystemen oder Steuerungsanwendungen eingesetzt.

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? - Blog - Ampheo - 3

Mikrocontrollerarchitektur

Die CPU ist für die Ausführung von Anweisungen verantwortlich.
Der Speicher wird zum Speichern von Daten und Anweisungen verwendet.
Die Eingabe-/Ausgabe-Ports (I/O) werden zum Verbinden des Mikrocontrollers mit anderen Geräten verwendet.
Die Timer werden zum Messen von Zeitintervallen verwendet.
Der Analog-Digital-Umsetzer (ADC) wird zum Umwandeln analoger Signale in digitale Signale verwendet.
Der Digital-Analog-Umsetzer (DAC) wird verwendet, um digitale Signale in analoge Signale umzuwandeln.

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? - Blog - Ampheo - 4

Was ist ein System on Chip (SoC)?

SoC ist ein Begriff mit weniger Definitionen. Alles, wofür früher mehrere Chips nötig waren, kann heute mit einem einzigen Chip-Paket erreicht werden. Ein SoC kapselt oft eine oder mehrere CPUs, RAM, Mikrocontroller, DSPs, Beschleuniger und unterstützende Hardware; dennoch folgt es keinen Standards, die die darin enthaltenen Schaltkreise regeln. Anwendungen mit komplizierten Anforderungen, die nicht von einer einzigen MCU bewältigt werden können, sollten ein SoC verwenden. Ein SoC kann mehrere Mikrocontroller enthalten. Es ist eher wie ein komplettes Computersystem auf einem einzigen Chip, das komplizierte Aufgaben mit anspruchsvolleren Ressourcenanforderungen ausführen kann. Es kann zu SoC oder SOC abgekürzt werden.

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? - Blog - Ampheo - 5

System-on-Chip-Architektur

Die CPU ist für die Ausführung von Anweisungen verantwortlich.
Der Speicher wird zum Speichern von Daten und Anweisungen verwendet.
Die E/A-Ports werden zum Verbinden des SoC mit anderen Geräten verwendet.
Der Sekundärspeicher wird zum Speichern von Daten verwendet, die aktuell nicht vom SoC verwendet werden.
Die Peripheriegeräte sind zusätzliche Komponenten, die in das SoC integriert werden können, wie Grafikprozessoren (GPUs), Netzwerkcontroller und Sensoren.

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? - Blog - Ampheo - 6

Video zu Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System on Chip: Vorteile und Nachteile

Vorteile und Nachteile von Mikroprozessoren

Vorteile von Mikroprozessoren

Kleine Größe
Hohe Geschwindigkeit
Geringer Stromverbrauch
Transportabel
Wirklich vertrauenswürdig.
Geringere Wärmeentwicklung
Der Mikroprozessor ist äußerst flexibel.
Seine Geschwindigkeit, die im Wesentlichen in Hertz gemessen wird, wird von der CPU bestimmt. Zur Veranschaulichung: Ein Mikroprozessor mit einer gemessenen Geschwindigkeit von 3 GHz, auch als GHz abgekürzt, kann 3 Milliarden Prozesse pro Sekunde abschließen.
Der Mikroprozessor hat die Fähigkeit, Daten schnell zwischen verschiedenen Speicherorten zu übertragen.

Nachteile des Mikroprozessors

Er verwendet ausschließlich Maschinensprache und ist insgesamt sehr teuer.
Alle Komponenten müssen auf einer großen Leiterplatte montiert werden.
Das Produkt hat eine große physische Größe.
Die Herstellung eines vollständigen Produkts dauert länger.
Das System verwendet eine diskrete Komponente, ist jedoch unzuverlässig.
Die Mehrheit der Mikroprozessoren unterstützt keine Gleitkommaoperationen.
Die Datengröße des Prozessors ist begrenzt, daher sollte er nicht mit anderen externen Geräten in Kontakt treten.
Der Mikroprozessor verfügt über keine internen Peripheriegeräte wie ROM, RAM oder andere E/A-Geräte.

Vorteile und Nachteile von Mikrocontroller

Vorteile von Mikrocontrollern

Geringer Zeitaufwand für den Betrieb.
Es ist einfach zu verwenden und auch die Systemwartung und Fehlerbehebung sind einfach.
Viele Aufgaben werden häufig gleichzeitig erledigt, wodurch menschliches Eingreifen vermieden wird.
Da der Prozessorchip so klein ist, erfolgt eine Anpassung.
Systemgröße und -kosten sind geringer.
Zusätzlicher RAM, ROM und E/A-Ports können problemlos mit einem Mikrocontroller verbunden werden.
Mikrocontroller können nach der Programmierung nicht neu programmiert werden.
Wenn die digitalen Komponenten fehlen würden, würde es einem Mikrocomputer ähneln.

Nachteile von Mikrocontrollern

Typischerweise wird er in Mikrogeräten verwendet.
Seine Struktur ist kompliziert.
Ein Gerät mit höherer Leistung kann nicht direkt mit einem Mikrocontroller verbunden werden.
Es gibt eine festgelegte Anzahl von Ausführungen.
Es gibt Probleme, da nicht alle Mikrocontroller über analoge E/A verfügen.
Statische Elektrizität kann Mikrocontroller beschädigen, da sie aus komplementären Metalloxid-Halbleitern (CMOS) bestehen.

Vorteile und Nachteile von System on Chip

Vorteile von System on Chip

Es ist leichter, da es kleiner ist.
Höhere Leistung und Flexibilität durch mehr Schaltkreise pro Chip
Anwendungsspezifische SoCs können wirtschaftlich vorteilhaft sein.
Geringerer Stromverbrauch und höhere Systemzuverlässigkeit
SoCs bieten eine höhere Sicherheit beim Hardware- und Firmware-Design.
Da seine Prozessoren und sein Speicher mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, bietet SoC eine schnellere Ausführung.
Insgesamt deutlich kürzere Systemzykluszeit und höhere Leistungsstufen

Nachteile von System on Chip

Design und Entwicklung sind mit hohen Vorlaufkosten verbunden. Der Preis pro SoC wird ziemlich hoch sein, wenn es nur wenige SoCs gibt.
Sie können nicht einfach eine einzelne Komponente dieser hochintegrierten Systeme austauschen; das gesamte SoC muss ausgetauscht werden. Ein einzelner beschädigter Transistor oder ein einzelnes beschädigtes System könnte am Ende ziemlich teuer werden.
Die Komplexität steigt, wenn alle Systeme auf einem Chip integriert sind. Die größte Herausforderung bei SoC-Designs besteht darin, herauszufinden, wie man eine erhebliche Menge an Logik auf einen einzigen Chip packt.
Anwendungen, die viel Strom benötigen, sind nicht geeignet.
Es gibt wenig Einblick in das SoC.
Druck hinsichtlich der Markteinführungszeit und Testbarkeit.

Mikroprozessor vs. Mikrocontroller vs. System-on-Chip-Anwendungen

Mikroprozessoranwendungen

Es wird sowohl in Mobiltelefonen als auch in Fernsehern verwendet.
Es ist eine Komponente von Taschenrechnern und Spielgeräten.
Es wird von Datenerfassungssystemen und Buchhaltungssystemen verwendet.
Es wird im militärischen Umfeld eingesetzt.
Auch bei der Steuerung von Ampeln kommt es zum Einsatz.
PCs verwenden Mikroprozessoren als zentrale Verarbeitungseinheit.
In Laserdruckern wird der Mikroprozessor für schnelles Drucken und automatisches Fotokopieren eingesetzt.
Mikroprozessoren werden nicht nur in digitalen Telefonapparaten, Modems und Telefonen verwendet, sondern auch in Reservierungssystemen von Bahnen und Fluggesellschaften.
Der Mikroprozessor misst Blutdruck und Temperatur in medizinischen Geräten.

Mikrocontroller-Anwendungen

Geräte zur Erkennung und Manipulation von Licht
In der Industrie verwendete Instrumente
Geräte zur Prozesssteuerung
In der Industrie verwendete Instrumente
Messung rotierender Objekte
Strommessgerät
Tragbare Messgeräte

System-on-Chip-Anwendungen

Smartphones: Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), der Speicher, die E/A-Anschlüsse und die Grafikverarbeitungseinheit (GPU), die zum Betrieb des Betriebssystems und der Apps erforderlich sind, werden in Smartphones alle von SoCs bereitgestellt.
Tablets: SoCs in Tablets bieten die gleiche Funktionalität wie Smartphones, jedoch mit einem größeren Bildschirm und einer längeren Akkulaufzeit.
Tragbare Technologie: SoCs werden verwendet, um die Rechenleistung und den Speicher bereitzustellen, die zum Betreiben von Apps und Sensoren in tragbarer Technologie wie Smartwatches und Fitness-Trackern erforderlich sind.
IoT-Geräte: Um die Konnektivität und Rechenleistung bereitzustellen, die zum Sammeln und Übertragen von Daten erforderlich sind, werden SoCs in IoT-Geräten wie intelligenten Haushaltsgeräten und industriellen Sensoren eingesetzt.
Drohnen: Um die Rechenleistung und den Speicher bereitzustellen, die zum Steuern des Flugs, der Sensoren und der Kameras der Drohne erforderlich sind, werden in Drohnen SoCs verwendet.
Die Rechenleistung und der Speicher die zum Rendern der virtuellen oder erweiterten Realitätsinhalte erforderlich sind, werden durch SoCs in Virtual-Reality- (VR) und Augmented-Reality- (AR) Headsets bereitgestellt.

Die richtige Plattform auswählen

Die ideale Option für eine bestimmte Anwendung hängt von den jeweiligen Anforderungen ab. Die ideale Option ist beispielsweise ein Mikroprozessor, wenn Sie ein hohes Maß an Rechenleistung und Flexibilität benötigen. Wenn Sie Flexibilität und wenig Rechenleistung benötigen, ist ein Mikrocontroller die ideale Lösung. Ein SoC ist die beste Option, wenn Sie ein hohes Maß an Integration benötigen. Hier sind einige zusätzliche Dinge, die Sie bei der Auswahl einer Computerplattform bedenken sollten:

Größe und Strombedarf des Geräts: Mikroprozessoren und SoCs sind häufig größer und verbrauchen mehr Strom als Mikrocontroller, was bei Mobilgeräten und anderen Anwendungen mit begrenztem Platz und Strom ein Problem darstellen kann.
Der Preis des Geräts: Bei kostengünstigen Geräten können Mikroprozessoren und SoCs teurer sein als Mikrocontroller.
Die Verfügbarkeit von Hard- und Software: Mikroprozessoren und SoCs sind größer als Mikrocontroller, was es einfacher machen kann, kompatible Software und Hardware zu finden.
Supportlevel: Mikroprozessoren und SoCs bieten mehr Support als Mikrocontroller, was es einfacher machen kann, Hilfe zu erhalten und Probleme zu beheben.

Fazit

Die drei wichtigsten Computerplattformen – Mikroprozessoren, Mikrocontroller und SoCs – haben jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die ideale Option für eine bestimmte Anwendung hängt von den jeweiligen Anforderungen ab. Sie können die beste Plattform für Ihr bevorstehendes Projekt auswählen, indem Sie sich der wichtigsten Unterschiede zwischen diesen Plattformen bewusst sind.