एफपीजीए बनाम माइक्रोकंट्रोलर बनाम माइक्रोप्रोसेसर: अंतर और तुलना

इलेक्ट्रॉनिक दुनिया में तकनीकी विकास का ग्राफ संभावित रूप से बढ़ा है। इसके विपरीत, एकीकृत सर्किट ने इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया को बदल दिया है। चाहे वह कंप्यूटर हो, मोबाइल फोन हो, या अन्य घरेलू उपकरण हों, आप नाम लें, वे घर का एक अनिवार्य हिस्सा बन गए हैं। यह सब छोटे आकार और कम लागत वाले एकीकृत सर्किट (आईसी) के कारण है। तीन प्रसिद्ध आईसी, एफपीजीए, माइक्रोकंट्रोलर और माइक्रोप्रोसेसर, अपने चारों ओर इलेक्ट्रॉनिक दुनिया को आगे बढ़ा रहे हैं।

चाबी छीन लेना

1. एफपीजीए अत्यधिक अनुकूलन योग्य हैं, जो समानांतर प्रसंस्करण और पुन: प्रोग्राम करने योग्य हार्डवेयर कॉन्फ़िगरेशन की अनुमति देते हैं।
2. माइक्रोकंट्रोलर एक प्रोसेसर, मेमोरी और पेरिफेरल्स को एक चिप में एकीकृत करते हैं, जिससे वे कम-शक्ति, एम्बेडेड सिस्टम के लिए आदर्श बन जाते हैं।
3. माइक्रोप्रोसेसर उच्च-प्रदर्शन, सामान्य-उद्देश्य वाले सीपीयू हैं जिन्हें मेमोरी और इनपुट/आउटपुट डिवाइस जैसे बाहरी घटकों की आवश्यकता होती है।

एफपीजीए बनाम माइक्रोकंट्रोलर बनाम माइक्रोप्रोसेसर

एफपीजीए एकीकृत सर्किट हैं जो लचीलापन प्रदान करते हैं लेकिन इनमें सीमित स्थान होता है। माइक्रोप्रोसेसर एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जो अंकगणित और तर्क संचालन करता है लेकिन इसकी प्रसंस्करण शक्ति सीमित है। एक माइक्रोकंट्रोलर एक एकल एकीकृत चिप है जो उस कार्य तक सीमित है जिसके साथ इसे जोड़ा गया है।

FPGA फ़ील्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे के लिए खड़ा है। यह लॉजिक गेट्स के साथ एक एकीकृत सर्किट है जिसे उपयोगकर्ता अपनी आवश्यकता के अनुसार पुन: प्रोग्राम कर सकता है। इसलिए फ़ील्ड-प्रोग्रामेबल नाम का उपयोग किया जाता है। FPGA हार्डवेयर विवरण भाषा (एचडीएल) का उपयोग करके कॉन्फ़िगर किया गया है।

माइक्रोकंट्रोलर को सिंगल आईसी चिप पर लगा छोटा कंप्यूटर भी कहा जाता है। इसमें मेमोरी और प्रोग्रामेबल पेरिफेरल्स के साथ सिंगल या मल्टीपल प्रोसेसर कोर होते हैं। माइक्रोकंट्रोलर्स के डिज़ाइन के पीछे का विचार एम्बेडेड रूप में उनका अनुप्रयोग है।

माइक्रोप्रोसेसर भी डेटा प्रोसेसिंग नियंत्रण और तर्क के साथ एक सिंगल-चिप कंप्यूटर प्रोसेसर है। माइक्रोप्रोसेसर केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई द्वारा निष्पादित कार्यों का प्रबंधन करता है। इसमें आवश्यक कार्यों को करने के लिए अंकगणित, तर्क और नियंत्रण सर्किटरी शामिल है।

तुलना तालिका

तुलना के पैरामीटर	FPGA	microcontroller	माइक्रोप्रोसेसर
कार्यों का निष्पादन	FPGA सभी कार्यों को समानांतर रूप से निष्पादित करता है	माइक्रोकंट्रोलर एक-एक करके कार्य निष्पादित करते हैं	माइक्रोप्रोसेसर कार्यों को क्रम से निष्पादित करता है
बाह्य उपकरणों	इसमें कोई अंतर्निर्मित परिधीय उपकरण नहीं है लेकिन इसमें लॉजिक गेट शामिल हैं	अंतर्निर्मित परिधीय	कोई अंतर्निर्मित बाह्य उपकरण नहीं
कार्यों का लचीलापन	कोई भी कार्य कर सकते हैं	विशिष्ट कार्य करता है	विशिष्ट कार्य करता है
हार्डवेयर संरचना	गैर निश्चित	फिक्स्ड	फिक्स्ड
प्रसंस्करण शक्ति	हाई	मध्यम	सीमित

एफपीजीए क्या है??

एफपीजीए का मतलब फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट ऐरे है। यह एक एकीकृत सर्किट है जिसका उपयोग कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, ये आईसी रिप्रोग्रामेबल हैं। उपयोगकर्ता इसे अपने आवश्यक कार्यों के अनुसार कॉन्फ़िगर कर सकता है।

एफपीजीए में कई लॉजिक गेट हैं। ये सरल लॉजिक गेट्स के रूप में कार्य कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, AND और XOR, और इन्हें संयोजनों के साथ जटिल कार्य करने के लिए भी कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। अधिकांश FPGAs में मेमोरी तत्व शामिल होते हैं।

एफपीजीए हार्डवेयर के समानांतर सिस्टम सॉफ्टवेयर विकास शुरू कर सकते हैं। वे विकास के आरंभ में ही प्रदर्शन सिमुलेशन को सक्षम कर सकते हैं। वे अंतिम आर्किटेक्चर से पहले कई सिस्टम परीक्षणों और डिज़ाइन पुनरावृत्तियों की भी अनुमति देते हैं।

उपयोगकर्ता, हार्डवेयर विवरण भाषा एचडीएल या एक योजनाबद्ध डिज़ाइन के रूप में, एफपीजीए के व्यवहार को परिभाषित करता है। एचडीएल बड़ी संरचनाओं के लिए उपयुक्त है, जबकि योजनाबद्ध डिज़ाइन और उसके मॉड्यूल के आसान दृश्य की अनुमति देता है।

एफपीजीए का डिज़ाइन डिज़ाइन प्रवाह में कई चरणों में अनुकरण किया जाता है। एफपीजीए का उपयोग किसी भी गणना योग्य समस्या को हल करने के लिए किया जा सकता है। वे अपने समानांतर कार्यशील स्वभाव के कारण कुछ अनुप्रयोगों के कारण तेज़ हैं।

माइक्रोकंट्रोलर क्या है?

माइक्रोकंट्रोलर एक सिंगल-चिप इंटीग्रेटेड सर्किट है। चिप में फेरोइलेक्ट्रिक रैम, एनओआर फ्लैश या ओटीपी रोम जैसी मेमोरी भी शामिल है। थोड़ी मात्रा में RAM भी मिल सकती है।

माइक्रोकंट्रोलर एम्बेडेड अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इनका उपयोग स्वचालित रूप से नियंत्रित उपकरणों में किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्रत्यारोपित चिकित्सा उपकरण, ऑटोमोबाइल इंजन नियंत्रण प्रणाली, उपकरण, कार्यालय मशीनें, रिमोट कंट्रोल, खिलौने, बिजली उपकरण और अन्य एम्बेडेड डिवाइस।

 माइक्रोकंट्रोलर्स में अंतर्निहित मेमोरी और इनपुट/आउटपुट डिवाइस होते हैं, जो उन्हें आकार में छोटा और अधिक डिवाइसों को नियंत्रित करने के लिए किफायती बनाते हैं। माइक्रोकंट्रोलर डेटा संग्रह, सेंसिंग और एज डिवाइस के रूप में कार्य करने में लोकप्रिय और किफायती हैं।

माइक्रोकंट्रोलर में बिजली की खपत कम होती है। वे 4 kHz जितनी कम आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं। आम तौर पर, वे किसी इवेंट की प्रतीक्षा के दौरान अपनी कार्यक्षमता बरकरार रख सकते हैं। वे लंबे समय तक चलने वाले बैटरी अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। केवल कुछ माइक्रोकंट्रोलर्स में डिजिटल-टू-एनालॉग कनवर्टर (डीएसी) की सुविधा होती है। यह प्रोसेसर को एनालॉग सिग्नल या वोल्टेज स्तर आउटपुट करने में सक्षम बनाता है।

माइक्रोप्रोसेसर क्या है?

माइक्रोप्रोसेसर एकल या एकाधिक एकीकृत सर्किट वाला एक कंप्यूटर चिप है। यह प्रोग्रामिंग निर्देशों की व्याख्या और निष्पादन कर सकता है और अंकगणितीय संचालन भी कर सकता है।

यह एक क्लॉक-चालित प्रोसेसर है जो बाइनरी डेटा को इनपुट के रूप में स्वीकार करता है, फिर इस डेटा को अपनी मेमोरी में संग्रहीत निर्देशों के अनुसार प्रोसेस करता है और बाइनरी फॉर्म में आउटपुट देता है। उनमें संयोजन तर्क और अनुक्रमिक डिजिटल तर्क दोनों शामिल हैं।

ये आईसी अत्यधिक स्वचालित धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक निर्माण प्रक्रिया (एमओएस) द्वारा निर्मित होते हैं। कम कनेक्शन विफलताओं के कारण उनकी इकाई कीमत कम है और विश्वसनीयता बढ़ी है।

ऐसे कई आइटम थे जो कंप्यूटर से संबंधित नहीं थे और फिर भी उनमें माइक्रोप्रोसेसर थे। इनमें घरेलू उपकरण, वाहन और उनके सहायक उपकरण, खिलौने, लाइट स्विच/डिमर, उपकरण और यंत्र, विद्युत सर्किट ब्रेकर, धुआं अलार्म, बैटरी पैक और ऑडियो/विजुअल घटक शामिल हैं।

चूंकि माइक्रोप्रोसेसर की क्षमता बढ़ रही है, इसने कंप्यूटर के अन्य रूपों को कंप्यूटर बाजार से लगभग अप्रचलित कर दिया है।

एफपीजीए और माइक्रोकंट्रोलर और माइक्रोप्रोसेसर के बीच मुख्य अंतर

1. एफपीजीए एक फील्ड-प्रोग्रामेबल सर्किट है, जबकि माइक्रोकंट्रोलर और माइक्रोप्रोसेसर नहीं हैं।
2. एफपीजीए उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं के अनुसार कई कार्य कर सकता है, जबकि माइक्रोकंट्रोलर और माइक्रोप्रोसेसर केवल निर्माता द्वारा कॉन्फ़िगर किए गए निर्दिष्ट कार्य ही कर सकते हैं।
3. माइक्रोकंट्रोलर को बिजली-बचत प्रणाली के साथ बनाया जा सकता है, जबकि माइक्रोप्रोसेसर और एफपीजीए में ऐसी सुविधा का अभाव है।
4. FPGAs का उपयोग करके प्रोग्राम किया जाता है VHDL, और माइक्रोकंट्रोलर को C या C++ का उपयोग करके प्रोग्राम किया जाता है, और माइक्रोप्रोसेसरों को असेंबली भाषा का उपयोग करके प्रोग्राम किया जाता है।
5. माइक्रोकंट्रोलर और माइक्रोप्रोसेसर की तुलना में एफपीजीए की बिजली खपत सबसे अधिक है।

संदर्भ

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

अंतिम अद्यतन: 29 जुलाई, 2023