FPGA مقابل متحكم دقيق مقابل معالج دقيق: الفرق والمقارنة

من المحتمل أن يكون الرسم البياني للنمو التكنولوجي في العالم الإلكتروني قد زاد. في المقابل ، حولت الدوائر المتكاملة عالم الإلكترونيات. سواء كانت أجهزة كمبيوتر أو هواتف محمولة أو أجهزة منزلية أخرى ، سمها ما شئت ، فقد أصبحت جزءًا إلزاميًا من المنزل. كل ذلك بسبب الحجم الصغير والدوائر المتكاملة منخفضة التكلفة (ICs). تعمل الدوائر المتكاملة الثلاثة الشهيرة ، FPGA ، والمتحكم الدقيق ، والمعالج الدقيق ، على تحريك العالم الإلكتروني من حولهم.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. FPGAs قابلة للتخصيص بدرجة كبيرة ، مما يسمح بالمعالجة المتوازية وتكوينات الأجهزة القابلة لإعادة البرمجة.
2. تدمج وحدات التحكم الدقيقة المعالج والذاكرة والأجهزة الطرفية في شريحة واحدة ، مما يجعلها مثالية للأنظمة المدمجة منخفضة الطاقة.
3. المعالجات الدقيقة هي وحدات المعالجة المركزية عالية الأداء والأغراض العامة والتي تتطلب مكونات خارجية ، مثل الذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج.

FPGA مقابل متحكم دقيق مقابل معالج دقيق

FPGAs هي دوائر متكاملة توفر المرونة ولكن لها مساحة محدودة. المعالج الدقيق هو جهاز إلكتروني يقوم بعمليات حسابية ومنطقية ولكن لديه قوة معالجة محدودة. المتحكم الدقيق عبارة عن شريحة واحدة متكاملة تقتصر على المهمة التي يتم توصيلها بها.

FPGA تعني مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة ميدانيًا. وهي عبارة عن دائرة متكاملة ذات بوابات منطقية يمكن للمستخدم إعادة برمجتها حسب متطلباته. ومن هنا يتم استخدام الاسم القابل للبرمجة الميدانية. تم تكوين FPGA باستخدام لغة وصف الأجهزة (HDL).

يسمى المتحكم الدقيق أيضًا بجهاز كمبيوتر صغير على شريحة IC واحدة. يحتوي على نوى معالج فردية أو متعددة مع ذاكرة وأجهزة طرفية قابلة للبرمجة. الفكرة من وراء تصميم المتحكمات الدقيقة هي تطبيقها في الشكل المدمج.

المعالج الدقيق هو أيضًا معالج كمبيوتر ذو شريحة واحدة مع التحكم في معالجة البيانات والمنطق. يدير المعالج الدقيق الوظائف التي تؤديها وحدة المعالجة المركزية. يحتوي على دوائر حسابية ومنطقية وتحكمية لأداء المهام المطلوبة.

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	FPGA	متحكم	المعالج الصغري
تنفيذ المهام	تنفذ FPGA جميع المهام بالتوازي	تقوم وحدات التحكم الدقيقة بتنفيذ المهام واحدة تلو الأخرى	يقوم المعالج الدقيق بتنفيذ المهام بالتسلسل
الأجهزة الطرفية	لا توجد أجهزة طرفية مدمجة ولكنها تحتوي على بوابات منطقية	ملحقات مدمجة	لا توجد ملحقات مدمجة
مرونة المهام	يمكن أن تؤدي أي مهمة	يقوم بمهام محددة	يقوم بمهام محددة
هيكل الأجهزة	غير ثابت	ثابت	ثابت
قوة المعالجة	مرتفع	متوسط	محدود

ما هو FPGA?

يرمز FPGA إلى مصفوفة بوابة قابلة للبرمجة. إنها دائرة متكاملة تستخدم في العديد من الأجهزة الإلكترونية. كما يتضح من الاسم ، فإن هذه الدوائر المتكاملة قابلة لإعادة البرمجة. يمكن للمستخدم تكوينه حسب المهام المطلوبة.

FPGA لها بوابات منطقية متعددة. يمكن أن تعمل كبوابات منطقية بسيطة ، على سبيل المثال ، AND و XOR ، ويمكن أيضًا تهيئتها لأداء وظائف معقدة مع مجموعات. تتضمن معظم FPGAs عناصر ذاكرة.

يمكن أن تبدأ FPGAs تطوير برامج النظام بالتوازي مع الأجهزة. يمكنهم تمكين محاكاة الأداء في وقت مبكر جدًا من التطوير. كما أنها تسمح بالعديد من تجارب النظام وتكرارات التصميم قبل التصميم النهائي.

يحدد المستخدم ، في شكل لغة وصف الأجهزة HDL أو تصميم تخطيطي ، سلوك FPGA. يناسب HDL الهياكل الكبيرة ، بينما يسمح التخطيطي بتصور أسهل للتصميم ووحداته النمطية.

تمت محاكاة تصميم FPGA على مراحل متعددة في تدفق التصميم. يمكن استخدام FPGA لحل أي مشكلة قابلة للحساب. إنها أسرع بالنسبة لبعض التطبيقات لكونها طبيعتها الوظيفية المتوازية.

ما هو متحكم?

المتحكم الدقيق عبارة عن دائرة متكاملة ذات شريحة واحدة. يتم أيضًا تضمين الذاكرة مثل ذاكرة الوصول العشوائي الكهروضوئية أو فلاش NOR أو OTP ROM في الشريحة. يمكن أيضًا العثور على كمية صغيرة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).

تم تصميم المتحكمات الدقيقة للتطبيقات المضمنة. يتم استخدامها في الأجهزة التي يتم التحكم فيها تلقائيًا. على سبيل المثال ، الأجهزة الطبية القابلة للزرع ، وأنظمة التحكم في محرك السيارات ، والأجهزة ، والآلات المكتبية ، وأجهزة التحكم عن بعد ، والألعاب ، والأدوات الكهربائية ، والأجهزة المدمجة الأخرى.

 تحتوي المتحكمات الدقيقة على ذاكرة مدمجة ، وأجهزة إدخال / إخراج ، مما يجعلها أقل حجمًا واقتصادية للتحكم في المزيد من الأجهزة. تحظى المتحكمات الدقيقة بشعبية واقتصادية في جمع البيانات والاستشعار والعمل كأجهزة متطورة.

المتحكمات الدقيقة لها استهلاك منخفض للطاقة. يمكن أن تعمل بترددات منخفضة تصل إلى 4 كيلو هرتز. بشكل عام ، يمكنهم الاحتفاظ بوظائفهم أثناء انتظار الحدث. إنها مناسبة لتطبيقات البطارية طويلة الأمد. تحتوي بعض المتحكمات الدقيقة فقط على ميزة المحول الرقمي التناظري (DAC). يتيح ذلك للمعالج إخراج الإشارات التناظرية أو مستويات الجهد.

ما هو المعالج الدقيق?

المعالج الدقيق عبارة عن شريحة كمبيوتر ذات دوائر متكاملة فردية أو متعددة. يمكنه تفسير وتنفيذ تعليمات البرمجة وإجراء العمليات الحسابية أيضًا.

إنه معالج يعمل على مدار الساعة يقبل البيانات الثنائية كمدخلات ، ثم يعالج هذه البيانات وفقًا للإرشادات المخزنة في ذاكرته ويعطي الإخراج في شكل ثنائي. أنها تحتوي على كل من المنطق التوافقي والمنطق الرقمي المتسلسل.

يتم إنتاج هذه الدوائر المتكاملة من خلال عملية تصنيع أشباه الموصلات (MOS) ذات الأوتوماتيكية العالية. لديهم سعر وحدة منخفض وموثوقية متزايدة بسبب فشل الاتصال الأقل.

كان هناك العديد من العناصر التي لم تكن مرتبطة بالحاسوب ولا تزال تحتوي على معالجات دقيقة. وتشمل هذه الأجهزة المنزلية ، والمركبات وملحقاتها ، والألعاب ، ومفاتيح الإضاءة / المخفتات ، والأدوات والأدوات ، وقواطع الدائرة الكهربائية ، وأجهزة إنذار الدخان ، وحزم البطاريات ، والمكونات الصوتية / المرئية.

نظرًا لأن سعة المعالجات الدقيقة تتزايد ، فقد تقادم تقريبًا على الأشكال الأخرى من أجهزة الكمبيوتر من سوق الكمبيوتر.

الاختلافات الرئيسية بين FPGA والمتحكم الدقيق والمعالج الدقيق

1. FPGA عبارة عن دائرة قابلة للبرمجة في المجال ، في حين أن وحدة التحكم الدقيقة والمعالجات الدقيقة ليست كذلك.
2. يمكن لـ FPGA أداء العديد من المهام وفقًا لمتطلبات المستخدم ، في حين أن وحدة التحكم الدقيقة والمعالج الدقيق يمكنها فقط أداء المهام المحددة التي تم تكوينها بواسطة الشركة المصنعة.
3. يمكن بناء المتحكمات الدقيقة بنظام موفر للطاقة ، بينما تفتقر المعالجات الدقيقة و FPGA إلى هذه الميزة.
4. يتم برمجة FPGAs باستخدام VHDL، ويتم برمجة المتحكمات الدقيقة باستخدام C أو C++، ويتم برمجة المعالجات الدقيقة باستخدام لغة التجميع.
5. استهلاك الطاقة في FPGA هو الأعلى مقارنة بالميكروكونترولر والمعالجات الدقيقة.

مراجع حسابات

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6708541/
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141933199000630