Qual é a diferença entre microprocessadores e microcontroladores?
Microprocessadores e microcontroladores são os componentes internos de dispositivos eletrônicos. Um microprocessador é uma unidade de processamento muito pequena dentro de uma CPU. É um único circuito integrado em um chip de computador que executa várias funções aritméticas e lógicas em sinais digitais. Várias dezenas de microprocessadores trabalham juntos em servidores de alta performance para processamento e análise de dados.
Por outro lado, um microcontrolador é a unidade básica de computação dentro de dispositivos eletrônicos inteligentes, como máquinas de lavar e termostatos. É um computador muito pequeno com seus próprios sistemas de RAM, ROM e E/S, todos incorporados em um único chip. Ele pode processar sinais digitais e responder às entradas do usuário, mas sua capacidade de computação é limitada.
Quais são as semelhanças entre microprocessadores e microcontroladores?
Microprocessadores e microcontroladores são chips de computador centralizados que fornecem inteligência para computadores pessoais e dispositivos eletrônicos. Eles são construídos com circuitos integrados semicondutores e compartilham certas partes internas.
Circuito integrado
Tanto microprocessadores quanto microcontroladores são componentes semicondutores construídos em um circuito integrado. Um circuito integrado é um chip quadrado ou retangular muito pequeno que contém milhares ou até milhões de componentes eletrônicos. Circuitos integrados permitem que os engenheiros reduzam o tamanho dos circuitos eletrônicos.
CPU
Tanto os microprocessadores quanto os microcontroladores têm uma CPU. Uma CPU é a parte centralizada do chip do computador que processa as instruções fornecidas pelas aplicações ou pelo firmware. A CPU também tem um módulo especial de unidade lógica aritmética (ALU). Uma ALU calcula valores matemáticos e avalia problemas lógicos com base nas instruções do computador.
Registradores
Registradores são módulos de memória que a CPU usa para processamento. A CPU armazena temporariamente instruções ou dados binários antes, durante e depois de estes serem processados. Tanto os microprocessadores quanto os microcontroladores são construídos com registradores internos, embora os microcontroladores geralmente tenham mais registradores do que os microcontroladores.
Diferenças de arquitetura: microprocessadores vs. microcontroladores
Diferenças de arquitetura: microprocessadores vs. microcontroladores
Apesar de assumirem a forma de chips de computador, microprocessadores e microcontroladores são construídos com arquiteturas diferentes.
Os microprocessadores são projetados com a arquitetura de von Neumann, em que um programa e os dados residem no mesmo módulo de memória. Enquanto isso, os microcontroladores usam a arquitetura de Harvard, que separa a memória do programa do espaço de dados.
Os microprocessadores têm mais componentes de circuito integrado do que os microcontroladores. Essa diferença arquitetônica afeta as considerações de design para microprocessadores e microcontroladores em aplicações de computação e sistemas integrados.
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Memória
Os microprocessadores não têm módulos de memória interna para armazenar dados da aplicação. Os engenheiros devem conectar o microprocessador a armazenamentos de memória externos, como ROM e RAM, com um barramento externo.
Um barramento é um conjunto de conexões elétricas paralelas que permite ao microprocessador enviar e receber dados de outros dispositivos. Existem três tipos de barramento:
- Um barramento de dados transmite dados
- Um barramento de endereços transmite informações sobre onde armazenar e recuperar dados
- Um barramento de controle transmite sinais para coordenar com outros componentes elétricos
Todos os três trabalham coletivamente em um sistema de microprocessador.
Por outro lado, microcontroladores são construídos com memórias internas de ROM e RAM. Um microcontrolador usa um barramento interno para interagir com módulos em memória integrados.
Periféricos
Periféricos são timers, comunicação, E/S e outros recursos que permitem que microcontroladores ou microprocessadores interajam com componentes ou usuários externos.
O microprocessador não tem periféricos embutidos em seu circuito integrado. Em vez disso, os periféricos são conectados externamente para expandir os casos de uso do microprocessador além do processamento matemático e lógico.
Em contraste, os microcontroladores se conectam aos periféricos no chip com um barramento de controle interno. Isso permite que o microcontrolador controle dispositivos eletrônicos com o mínimo de peças ou nenhuma peça adicional.
Capacidade computacional
Microprocessadores são poderosos chips de computador capazes de realizar tarefas computacionais e matemáticas complexas. Por exemplo, você pode executar um software de processamento estatístico porque o microprocessador oferece suporte para operação de pontos flutuantes.
Por outro lado, os microcontroladores têm um poder de processamento comparativamente menor e raramente oferecem suporte para o cálculo de pontos flutuantes. Em vez disso, eles se concentram na implementação de uma lógica específica, como controlar a temperatura de um aquecedor com base em vários sensores.
Outras diferenças importantes: microprocessadores vs. microcontroladores
Os microprocessadores oferecem suporte a operações de computação versáteis em computadores pessoais e servidores corporativos. Enquanto isso, os microcontroladores permitem que os sistemas integrados analisem e respondam às entradas em tempo real.
Quando os engenheiros desenvolvem sistemas com microprocessadores e microcontroladores, eles estão atentos a diferenças como essas.
Velocidade do relógio
Microprocessadores fornecem capacidades de computação robustas e de alta velocidade para aplicações variadas. Um processador de computador moderno opera na faixa de gigahertz (GHz). Isso permite que um sistema de computador realize cálculos matemáticos complexos e retorne os resultados imediatamente.
Embora a velocidade do microcontrolador tenha aumentado ao longo das décadas, ela é muito menor que a velocidade de processamento do microprocessador. Dependendo de sua finalidade, a velocidade do relógio de um microcontrolador varia entre quilohertz (kHz) e centenas de megahertz (MHz). Apesar da faixa de velocidade mais baixa, um microcontrolador pode operar de forma ideal dentro de seu escopo de aplicação dedicado.
Tamanho do circuito
Um microprocessador não pode operar sozinho. Ele depende de partes externas, como chips de comunicação, portas de E/S, RAM e ROM, para formar um sistema computacional completo. Portanto, um circuito baseado em microprocessador consiste em um barramento de endereço e dados conectando muitos periféricos e chips de memória. Mesmo com os avanços nas tecnologias de placa de circuito impresso (PCB), um sistema de microprocessador requer um espaço considerável.
O microcontrolador, no entanto, fornece um design que economiza espaço com um circuito mais simples. A maioria dos componentes adicionais de que um sistema baseado em microprocessador precisa está prontamente disponível no mesmo chip. Em vez de usarem componentes separados individualmente, os engenheiros usam um único microcontrolador ao projetar dispositivos eletrônicos. Isso libera mais espaço na placa de circuito eletrônico, o que permite que os engenheiros produzam sistemas compactos.
Consumo de energia
Como os microprocessadores geralmente funcionam a uma velocidade maior que à dos microcontroladores e consomem mais energia, precisam de uma fonte de alimentação externa. Da mesma forma, um sistema de computação baseado em uma unidade de microprocessador tem maior consumo total de energia devido ao grande número de componentes adicionais.
Enquanto isso, os microcontroladores são projetados para operarem de forma eficiente com o mínimo de energia. Além disso, a maioria dos microcontroladores tem recursos de economia de energia, que os microprocessadores não possuem.
Por exemplo, um microcontrolador pode ativar o modo de economia de energia e consumir energia limitada quando não está processando dados. Os microcontroladores também podem desligar os periféricos internos que não estão em uso para economizar energia. Isso torna os microcontroladores ideais para criar um aplicação dedicado de baixo consumo de energia que funciona com energia armazenada.
Sistema operacional
Em aplicações práticas, os microprocessadores precisam de um sistema operacional para fornecer as funcionalidades apropriadas. Sem um sistema operacional, os usuários teriam que instruir o microprocessador em linguagem de assembly ou binária.
Por outro lado, os microcontroladores não precisam de um sistema operacional para funcionarem. No entanto, existem sistemas operacionais específicos que ajudam microcontroladores de médio e alto alcance a operar com mais eficiência.
Conectividade
Microprocessadores lidam com tecnologias de comunicação mais diversas do que os microcontroladores. Por exemplo, um microprocessador processa dados USB 3.0 ou Gigabit Ethernet de alta velocidade sem um processador secundário.
No entanto, a maioria dos microcontroladores precisa de um processador especial para conectividade de dados em alta velocidade.
Custo
Um circuito integrado de microprocessador consiste apenas na CPU, na unidade lógica aritmética (ALU) e nos registros, o que reduz o custo de fabricação por unidade. Enquanto isso, um único microcontrolador tem uma arquitetura interna mais complexa e geralmente é mais caro que um microprocessador.
No entanto, um sistema baseado em microprocessador é mais caro, pois requer componentes adicionais. Em contraste, um microcontrolador é autossuficiente para a aplicação escolhida.
O microcontrolador requer menos componentes adicionais, o que resulta em sistemas baseados em microcontroladores mais baratos. Por exemplo, a placa de circuito de um ar condicionado com microcontrolador custa menos do que uma placa-mãe de computador com microprocessadores.
Casos de uso: microprocessadores vs. microcontroladores
Tanto os microprocessadores quanto os microcontroladores são componentes eletrônicos úteis quando você os aplica aos casos de uso apropriados.
Use um microprocessador se precisar de poder de processamento robusto para tarefas de computação complexas ou imprevisíveis. Microprocessadores são usados em todos os tipos de dispositivos de computação, como servidores, computadores desktop e dispositivos de computação móvel. As organizações usam servidores com muitos microprocessadores para computação de alta performance e para executar aplicações de inteligência artificial (IA).
Por outro lado, o microcontrolador é a melhor opção se você está construindo um sistema de controle com escopo estreitamente definido. Microcontroladores também são úteis para sistemas que exigem baixo consumo de energia. Alguns microcontroladores podem funcionar por meses com apenas uma pequena bateria. Por exemplo, um sistema de domótica é alimentado por microcontroladores. Dispositivos compactos, como drones ou reprodutores de áudio portáteis, também contêm microcontroladores.
Resumo das diferenças: microprocessador versus microcontrolador
| Microprocessador |
Microcontrolador |
|
| Memória |
Requer memória externa e armazenamento de dados. |
Módulos de memória no chip (ROM, RAM). |
| Periféricos |
Precisa de peças adicionais. Conecta-se ao barramento externo. |
Periféricos no chip (timers, portas de E/S, conversor de sinal). |
| Capacidade computacional |
Capaz de realizar tarefas computacionais complexas. |
Limitado à lógica específica da aplicação. |
| Velocidade do relógio |
Muito rápido. Faixa de GHz. |
Rápido, porém mais lento que os microprocessadores. Faixa de kHz a MHz. |
| Consumo de energia |
Alto consumo de energia. Sem modo de economia de energia. |
Consome energia mínima. Modos de economia de energia integrados. |
| Sistema operacional |
Requer sistemas operacionais. |
O sistema operacional é opcional para alguns microcontroladores. |
| Conectividade |
Lida com transferência de dados em alta velocidade. Oferece suporte para USB 3.0 e Gigabit Ethernet. |
Oferece suporte para comunicação de velocidade baixa a moderada. Interface periférica serial (SPI) e I²C. Receptor-transmissor assíncrono universal (UART). |
| Custo |
Caro por causa dos componentes adicionais. |
Mais barato porque um único circuito integrado oferece várias funcionalidades. |
| Caso de uso |
Para computação genérica ou sistemas que exigem capacidade computacional robusta. |
Para sistemas compactos, alimentados por bateria ou dispositivos de processamento lógico. |
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