FPGA مقابل متحكم دقيق: الفرق والمقارنة

المعالج هو شريحة كمبيوتر تقوم بعمليات حسابية. إنه يتخذ جميع القرارات المنطقية التي هي كلها مهام الكمبيوتر ، من أبسطها مثل فتح النوافذ إلى أكثرها تعقيدًا مثل إكمال الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد.

هذا هو السبب في أن المعالج يسمى دماغ الكمبيوتر. باستخدام اللوحة الأم ، يكون معالجك متصلاً بجميع المكونات الأخرى لنظامك.

إن مهمة المعالج هي تلقي بيانات الإدخال ومعالجتها وتقديم بيانات الإخراج. تعد FPGAs (مصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية) والميكروكونترولر الخيارين الأكثر شيوعًا بين جميع المعالجات.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. FPGAs (مصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية) عبارة عن دوائر متكاملة قابلة لإعادة التكوين مع كتل منطقية قابلة للبرمجة ، مما يتيح معالجة متوازية للغاية. في الوقت نفسه ، تعد وحدات التحكم الدقيقة أجهزة كمبيوتر أحادية الشريحة ذات بنية ثابتة مصممة لأداء مهام محددة.
2. توفر FPGAs أداءً أسرع ومرونة أكبر في التصميم ولكنها أغلى ثمناً وتستهلك طاقة أكبر من المتحكمات الدقيقة.
3. تعد وحدات التحكم الدقيقة مناسبة للتطبيقات البسيطة منخفضة التكلفة ، بينما تعد وحدات التحكم الدقيقة (FPGA) مثالية للمهام المعقدة عالية الأداء التي تتطلب التخصيص أو النماذج الأولية السريعة.

FPGA مقابل متحكم

الفرق بين FPGA ووحدة التحكم الدقيقة هو أن FPGA لا تحتوي على بنية أجهزة محددة وهي الأنسب للمهام التي تتطلب سرعات معالجة عالية. في المقابل، تتمتع وحدات التحكم الدقيقة ببنية أجهزة مناسبة بشكل أفضل لأداء المهام الأساسية.

FPGAs هي دوائر متكاملة يمكن للمستخدمين تخصيصها بناءً على متطلباتهم. وهي تتألف من العديد من الكتل المنطقية التي يمكن تكوينها بسهولة باستخدام لغات عالية الوصف.

يتكون هذا المعالج من منطق ، وإدخال / إخراج ، وكتل منطقية قابلة للتكوين.

وحدات التحكم الدقيقة هي في الأساس أجهزة كمبيوتر صغيرة في حد ذاتها. يتم تركيب العديد من أجهزة الإدخال والإخراج على شريحة صغيرة تتضمن الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية.

هم مسؤولون عن إدارة المكونات مثل أجهزة الاستشعار ، والذاكرة ، وشاشة العرض ، وما إلى ذلك ، داخل النظام. 

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	FPGA	متحكم
تعريف	تعد FPGAs أكثر مرونة لأنها تسمح بإعادة برمجة كل من الأجهزة والبرامج الثابتة.	تم تصميم وحدات التحكم الدقيقة لأداء المهام البسيطة التي لا تتطلب مثل هذا المستوى العالي من قوة المعالجة.
مرونة	البرمجة أكثر سهولة وتستغرق وقتًا أقل.	تعتبر وحدات التحكم الدقيقة أقل مرونة لأنها تسمح فقط بإعادة برمجة البرامج الثابتة.
اﻟﻤﻌﺎﻟﺠﺔ	FPGAs قادرة على المعالجة المتوازية.	المتحكمات الدقيقة مقصورة على المعالجة المتسلسلة.
استهلاك الطاقة	يمكن أن تقوم FPGAs بمعالجة متوازية.	يمكن للميكروكونترولر إجراء المعالجة المتسلسلة فقط.
التكلفة	FPGAs أكثر تكلفة في التنفيذ.	تعتبر وحدات التحكم الدقيقة غير مكلفة نسبيًا في التنفيذ.
برمجة وتطوير	البرمجة معقدة بعض الشيء وتستغرق وقتا طويلا.	البرمجة أسهل وتستغرق وقتًا أقل.

ما هو FPGA؟

FPGAs هي دوائر متكاملة يمكن تخصيصها بناءً على متطلبات المستخدم في أي وقت. يمكن استخدام لغة وصف عالي لتكوين الكتل المنطقية بسهولة.

يحتوي هذا المعالج على مكونات مختلفة ، بما في ذلك الكتل المنطقية وكتل الإدخال / الإخراج والكتل المنطقية القابلة للتكوين.

تتعامل FPGAs مع المهام التي تتطلب سرعة معالجة عالية وتعقيدًا. توفر FPGAs مرونة أكبر لأنه يمكن إعادة برمجتها في الأجهزة والبرامج الثابتة.

تسمح FPGAs بمعالجة متوازية عن طريق تشغيل عمليات متطابقة في وقت واحد لأن آلاف الكتل المنطقية للتحكم تعمل في وقت واحد.

هذا يجعل الذكاء الاصطناعي ومعالجة الصور أمرًا سهلاً. تستهلك FPGAs الكثير من الطاقة. لذلك ، لا ينصح به للمهام التي تستنزف الطاقة بسرعة.

تعد برمجة FPGA معقدة بعض الشيء وتستغرق وقتًا طويلاً لأنه يجب على المستخدم كتابة كل برنامج من البداية. تكلفة تنفيذ FPGAs مرتفعة.

ما هو المتحكم الدقيق؟

المتحكم الدقيق هو في الأساس جهاز كمبيوتر صغير بمفرده. يتم تركيب أجهزة الإدخال والإخراج على شريحة صغيرة تتضمن ذاكرة ووحدة معالجة مركزية.

هم مسؤولون عن إدارة المكونات مثل أجهزة الاستشعار ، والذاكرة ، وشاشات العرض ، وما إلى ذلك ، في النظام.

تتم برمجة وحدات التحكم الدقيقة باستخدام لغات ذات مستوى أعلى مثل JavaScript، وPython، وC. وباستخدام هذه اللغات؛ يمكن لوحدات التحكم الدقيقة توجيه المكونات الأخرى حول التشغيل. 

تم تصميم وحدات التحكم الدقيقة للتعامل مع المهام البسيطة التي لا تتطلب مثل هذا المستوى العالي من قوة المعالجة. نظرًا لقدرتها على إعادة برمجة البرامج الثابتة فقط ، تكون وحدات التحكم الدقيقة أقل مرونة.

تنفيذها غير مكلف نسبيًا. المتحكمات الدقيقة مقصورة على المعالجة المتسلسلة. وبالتالي ، فإنه يعالج الأوامر التي يعطيها المستخدم سطرًا واحدًا في كل مرة.

نظرًا لأن هذا يستغرق وقتًا طويلاً لإكماله ، فإن إنجاز أي مهمة على وحدة التحكم الدقيقة يكون بطيئًا بعض الشيء. لهذا السبب ، لا ينصح بأداء مهام قوية.

من السهل برمجة وحدات التحكم الدقيقة لأن المستخدم يمكنه شراء بعض الحزم المعدة مسبقًا. تم تصميم كل برنامج لأداء وظيفة معينة.

أصبحت برمجة المتحكم الدقيق أكثر سهولة وأقل استهلاكا للوقت.

الاختلافات الرئيسية بين FPGA و Microcontroller

1. تعتبر FPGAs هي الأنسب للمهام المعقدة التي تتطلب سرعات معالجة عالية، بينما تستخدم وحدات التحكم الدقيقة للمهام البسيطة التي لا تتطلب سرعات معالجة عالية.
2. تتمتع FPGA بدرجة عالية من المرونة، مما يسمح للمستخدم بإعادة برمجة أجهزته وبرامجه الثابتة. في المقابل، يتمتع المتحكم الدقيق بمرونة محدودة لأنه يتطلب فقط من المستخدم إعادة برمجة البرنامج الثابت.
3. يمكن لـ FPGAs المعالجة المتوازية ، بينما تقتصر المتحكمات الدقيقة على المعالجة المتسلسلة.
4. تتطلب FPGAs قدرًا كبيرًا من الطاقة لتشغيلها ، بينما يمكن تشغيل وحدات التحكم الدقيقة بطاقة منخفضة نسبيًا.
5. تستهلك برامج FPGA وقتًا طويلاً ومعقدة في البرمجة ، لذا فإن تنفيذها يكلف أكثر ، في حين يمكن تنفيذ المتحكمات الدقيقة نسبيًا لأن البرمجة أسهل كثيرًا.

مراجع حسابات

1. https://www.mdpi.com/608460
2. https://openarchive.nure.ua/handle/document/4955