Der Graph des technologischen Wachstums in der elektronischen Welt hat möglicherweise zugenommen. Im Gegensatz dazu haben integrierte Schaltkreise die Welt der Elektronik verändert. Ob Computer, Mobiltelefone oder andere Haushaltsgeräte – sie sind aus dem Haushalt nicht mehr wegzudenken. Alles aufgrund der geringen Größe und der kostengünstigen integrierten Schaltkreise (ICs). Die drei berühmten ICs FPGA, Mikrocontroller und Mikroprozessor bewegen die elektronische Welt um sich herum.
Key Take Away
- FPGAs sind hochgradig anpassbar und ermöglichen Parallelverarbeitung und neu programmierbare Hardwarekonfigurationen.
- Mikrocontroller integrieren einen Prozessor, einen Speicher und Peripheriegeräte in einem Chip, wodurch sie sich ideal für eingebettete Systeme mit geringem Stromverbrauch eignen.
- Mikroprozessoren sind Hochleistungs-Allzweck-CPUs, die externe Komponenten wie Speicher und Eingabe-/Ausgabegeräte erfordern.
FPGA vs. Mikrocontroller vs. Mikroprozessor
FPGAs sind integrierte Schaltkreise, die Flexibilität bieten, aber nur über begrenzten Platz verfügen. Der Mikroprozessor ist ein elektronisches Gerät, das arithmetische und logische Operationen ausführt, aber über eine begrenzte Rechenleistung verfügt. Ein Mikrocontroller ist ein einzelner integrierter Chip, der auf die Aufgabe beschränkt ist, mit der er verdrahtet ist.
FPGA steht für Field Programmable Gate Array. Es ist eine integrierte Schaltung mit logischen Gattern, die der Benutzer nach seinen Anforderungen neu programmieren kann. Daher wird der Name feldprogrammierbar verwendet. Der FPGA wird unter Verwendung der Hardwarebeschreibungssprache (HDL) konfiguriert.
Ein Mikrocontroller wird auch als kleiner Computer auf einem einzelnen IC-Chip bezeichnet. Es enthält einzelne oder mehrere Prozessorkerne mit Speicher und programmierbaren Peripheriegeräten. Die Idee hinter dem Design von Mikrocontrollern ist ihre Anwendung in eingebetteter Form.
Ein Mikroprozessor ist auch ein Ein-Chip-Computerprozessor mit Datenverarbeitungssteuerung und Logik. Der Mikroprozessor verwaltet die von der Zentraleinheit ausgeführten Funktionen. Es enthält Rechen-, Logik- und Steuerschaltkreise zur Ausführung der erforderlichen Aufgaben.
Vergleichstabelle
| Vergleichsparameter | FPGA | Mikrocontroller | Mikroprozessor |
|---|---|---|---|
| Ausführung von Aufgaben | FPGA führt alle Aufgaben parallel aus | Die Mikrocontroller führen Aufgaben nacheinander aus | Der Mikroprozessor führt die Tasks der Reihe nach aus |
| Peripherals | Keine eingebauten Peripheriegeräte, enthält aber Logikgatter | Eingebaute Peripherie | Keine eingebauten Peripheriegeräte |
| Flexibilität der Aufgaben | Kann jede Aufgabe ausführen | Führt bestimmte Aufgaben aus | Führt bestimmte Aufgaben aus |
| Hardwarestruktur | Nicht fixiert | Behoben | Behoben |
| Verarbeitungsleistung | High | Medium | Limitiert |
Was ist FPGA??
FPGA steht für Field Programmable Gate Array. Es ist eine integrierte Schaltung, die in zahlreichen elektronischen Geräten verwendet wird. Wie der Name schon sagt, sind diese ICs umprogrammierbar. Der Benutzer kann es gemäß seinen erforderlichen Aufgaben konfigurieren.
FPGA verfügt über mehrere Logikgatter. Diese können als einfache Logikgatter fungieren, beispielsweise AND und XOR, und können auch für die Ausführung komplexer Funktionen mit Kombinationen konfiguriert werden. Die meisten FPGAs enthalten Speicherelemente.
FPGAs können die Systemsoftwareentwicklung parallel zur Hardware starten. Sie können die Leistungssimulation sehr früh in der Entwicklung ermöglichen. Sie ermöglichen auch zahlreiche Systemversuche und Entwurfsiterationen vor der endgültigen Architektur.
Der Benutzer definiert das Verhalten des FPGA in Form der Hardwarebeschreibungssprache HDL oder eines Schaltplandesigns. HDL eignet sich für große Strukturen, während Schemata eine einfachere Visualisierung eines Designs und seiner Module ermöglichen.
Das Design des FPGA wird auf mehreren Stufen in einem Design-Flow simuliert. FPGA kann verwendet werden, um jedes berechenbare Problem zu lösen. Sie sind aus einigen Anwendungsgründen schneller, da sie parallel funktionieren.
Was ist Mikrocontroller?
Ein Mikrocontroller ist ein integrierter Ein-Chip-Schaltkreis. Speicher wie ferroelektrisches RAM, NOR-Flash oder OTP-ROM sind ebenfalls im Chip enthalten. Eine kleine Menge RAM ist ebenfalls vorhanden.
Mikrocontroller sind für eingebettete Anwendungen konzipiert. Diese werden in automatisch gesteuerten Geräten verwendet. Zum Beispiel implantierbare medizinische Geräte, Steuersysteme für Automotoren, Haushaltsgeräte, Büromaschinen, Fernbedienungen, Spielzeug, Elektrowerkzeuge und andere eingebettete Geräte.
Mikrocontroller haben einen eingebauten Speicher und Ein-/Ausgabegeräte, wodurch sie in der Größe reduziert und wirtschaftlich sind, um mehr Geräte zu steuern. Mikrocontroller sind beliebt und wirtschaftlich bei der Datenerfassung, Erfassung und Betätigung als Edge-Geräte.
Mikrocontroller haben einen geringen Stromverbrauch. Sie können bei Frequenzen von nur 4 kHz betrieben werden. Im Allgemeinen können sie ihre Funktionalität während des Wartens auf ein Ereignis beibehalten. Sie eignen sich für langlebige Batterieanwendungen. Nur ein Teil der Mikrocontroller verfügt über die Funktion eines Digital-Analog-Wandlers (DAC). Dadurch kann der Prozessor analoge Signale oder Spannungspegel ausgeben.
Was ist Mikroprozessor?
Ein Mikroprozessor ist ein Computerchip mit einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen. Es kann Programmieranweisungen interpretieren und ausführen sowie arithmetische Operationen ausführen.
Es handelt sich um einen taktgesteuerten Prozessor, der Binärdaten als Eingabe akzeptiert, diese Daten dann gemäß den in seinem Speicher gespeicherten Anweisungen verarbeitet und die Ausgabe in Binärform ausgibt. Sie enthalten sowohl kombinatorische Logik als auch sequentielle digitale Logik.
Diese ICs werden in einem hochautomatisierten Metalloxid-Halbleiter-Fertigungsprozess (MOS) hergestellt. Sie haben einen niedrigen Stückpreis und eine erhöhte Zuverlässigkeit aufgrund der geringeren Verbindungsausfälle.
Es gab viele Artikel, die nicht mit Computern zu tun hatten und dennoch Mikroprozessoren hatten. Dazu gehören Haushaltsgeräte, Fahrzeuge und deren Zubehör, Spielzeug, Lichtschalter/Dimmer, Werkzeuge und Instrumente, elektrische Leistungsschalter, Rauchmelder, Batteriepacks und audiovisuelle Komponenten.
Da die Kapazität des Mikroprozessors zunimmt, hat er die anderen Formen von Computern vom Computermarkt fast verdrängt.
Hauptunterschiede zwischen FPGA und Mikrocontroller und Mikroprozessor
- FPGA ist eine feldprogrammierbare Schaltung, während Mikrocontroller und Mikroprozessor dies nicht sind.
- FPGA kann viele Aufgaben gemäß den Anforderungen des Benutzers ausführen, während Mikrocontroller und Mikroprozessor nur bestimmte, vom Hersteller konfigurierte Aufgaben ausführen können.
- Mikrocontroller können mit einem Stromsparsystem gebaut werden, während Mikroprozessoren und FPGAs über eine solche Funktion verfügen.
- FPGAs werden mit programmiert VHDL, und Mikrocontroller werden mit C oder C++ programmiert, und Mikroprozessoren werden mit Assembler programmiert.
- Der Stromverbrauch von FPGAs ist im Vergleich zu Mikrocontrollern und Mikroprozessoren am höchsten.
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6708541/
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141933199000630
Letzte Aktualisierung: 29. Juli 2023
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Sandeep Bhandari hat einen Bachelor of Engineering in Computers von der Thapar University (2006). Er verfügt über 20 Jahre Erfahrung im Technologiebereich. Er interessiert sich sehr für verschiedene technische Bereiche, darunter Datenbanksysteme, Computernetzwerke und Programmierung. Sie können mehr über ihn auf seinem lesen Bio-Seite.
