Il grafico della crescita tecnologica nel mondo elettronico è potenzialmente aumentato. Al contrario, i circuiti integrati hanno trasformato il mondo dell'elettronica. Che si tratti di computer, telefoni cellulari o altri elettrodomestici, lo chiami, sono diventati una parte obbligatoria della famiglia. Tutto a causa delle dimensioni ridotte e dei circuiti integrati (CI) a basso costo. I tre famosi circuiti integrati, FPGA, microcontrollore e microprocessore, stanno muovendo il mondo elettronico intorno a loro.
Punti chiave
- Gli FPGA sono altamente personalizzabili, consentendo l'elaborazione parallela e configurazioni hardware riprogrammabili.
- I microcontrollori integrano processore, memoria e periferiche in un unico chip, rendendoli ideali per sistemi embedded a basso consumo.
- I microprocessori sono CPU generiche ad alte prestazioni che richiedono componenti esterni, come memoria e dispositivi di input/output.
FPGA vs Microcontrollore vs Microprocessore
Gli FPGA sono circuiti integrati che forniscono flessibilità ma hanno uno spazio limitato. Il microprocessore è un dispositivo elettronico che esegue operazioni aritmetiche e logiche ma ha una potenza di elaborazione limitata. Un microcontrollore è un singolo chip integrato limitato al compito con cui è cablato.
FPGA sta per array di porte programmabili sul campo. È un circuito integrato con porte logiche che l'utente può riprogrammare secondo le sue esigenze. Quindi viene utilizzato il nome programmabile sul campo. IL FPGA è configurato utilizzando il linguaggio di descrizione dell'hardware (HDL).
Un microcontrollore è anche chiamato un piccolo computer su un singolo chip IC. Contiene core di processore singoli o multipli con memoria e periferiche programmabili. L'idea alla base della progettazione dei microcontrollori è la loro applicazione in forma embedded.
Un microprocessore è anche un processore per computer a chip singolo con controllo e logica dell'elaborazione dei dati. Il microprocessore gestisce le funzioni svolte dall'unità di elaborazione centrale. Contiene circuiti aritmetici, logici e di controllo per eseguire le attività richieste.
Tavola di comparazione
| Parametri di confronto | FPGA | Microcontrollori | Microprocessore |
|---|---|---|---|
| Esecuzione dei compiti | FPGA esegue tutte le attività in parallelo | I microcontrollori eseguono i compiti uno per uno | Il microprocessore esegue i compiti in sequenza |
| Periferiche | Nessuna periferica integrata ma contiene porte logiche | Periferiche integrate | Nessuna periferica integrata |
| Flessibilità dei compiti | Può eseguire qualsiasi compito | Svolge compiti specifici | Svolge compiti specifici |
| Struttura hardware | Non fisso | Fissa | Fissa |
| Potenza di calcolo | Alta | Medio | Limitato |
Cos'è FPGA?
FPGA è l'acronimo di gate array programmabile sul campo. È un circuito integrato utilizzato in numerosi dispositivi elettronici. Come rivela il nome, questi circuiti integrati sono riprogrammabili. L'utente può configurarlo in base alle attività richieste.
FPGA ha più porte logiche. Questi possono funzionare come semplici porte logiche, ad esempio AND e XOR, e possono anche essere configurati per eseguire funzioni complesse con combinazioni. La maggior parte degli FPGA include elementi di memoria.
Gli FPGA possono avviare lo sviluppo del software di sistema in parallelo con l'hardware. Possono abilitare la simulazione delle prestazioni nelle prime fasi dello sviluppo. Consentono inoltre numerose prove di sistema e iterazioni di progettazione prima dell'architettura finale.
L'utente, sotto forma di linguaggio di descrizione dell'hardware HDL o di un progetto schematico, definisce il comportamento dell'FPGA. HDL è adatto per strutture di grandi dimensioni, mentre schematic consente una visualizzazione più semplice di un progetto e dei suoi moduli.
La progettazione dell'FPGA viene simulata in più fasi in un flusso di progettazione. FPGA può essere utilizzato per risolvere qualsiasi problema computabile. Sono più veloci per alcune applicazioni a causa della loro natura di funzionamento parallelo.
Cos'è il microcontrollore?
Un microcontrollore è un circuito integrato a chip singolo. Nel chip sono incluse anche memorie come RAM ferroelettrica, flash NOR o ROM OTP. È possibile trovare anche una piccola quantità di RAM.
I microcontrollori sono progettati per applicazioni embedded. Questi sono utilizzati in dispositivi controllati automaticamente. Ad esempio, dispositivi medici impiantabili, sistemi di controllo di motori di automobili, elettrodomestici, macchine per ufficio, telecomandi, giocattoli, utensili elettrici e altri dispositivi incorporati.
I microcontrollori hanno memoria incorporata e dispositivi di input/output, che li rendono di dimensioni ridotte ed economici per controllare più dispositivi. I microcontrollori sono popolari ed economici nella raccolta, rilevamento e attivazione dei dati come dispositivi edge.
I microcontrollori hanno un basso consumo energetico. Possono operare a frequenze fino a 4 kHz. In genere, possono mantenere la loro funzionalità durante l'attesa di un evento. Sono adatti per applicazioni con batterie di lunga durata. Solo alcuni dei microcontrollori hanno la caratteristica di un convertitore digitale-analogico (DAC). Ciò consente al processore di emettere segnali analogici o livelli di tensione.
Cos'è il microprocessore?
Un microprocessore è un chip per computer con circuiti integrati singoli o multipli. Può interpretare ed eseguire istruzioni di programmazione ed eseguire anche operazioni aritmetiche.
È un processore basato su clock che accetta dati binari come input, quindi elabora questi dati secondo le istruzioni memorizzate nella sua memoria e fornisce l'output in forma binaria. Contengono sia la logica combinatoria che la logica digitale sequenziale.
Questi circuiti integrati sono prodotti mediante un processo di fabbricazione di semiconduttori di ossido di metallo (MOS) altamente automatizzato. Hanno un prezzo unitario basso e una maggiore affidabilità a causa dei minori errori di connessione.
C'erano molti oggetti che non erano collegati al computer e avevano ancora microprocessori. Questi includono elettrodomestici, veicoli e relativi accessori, giocattoli, interruttori della luce/dimmer, strumenti e strumenti, interruttori elettrici, rilevatori di fumo, pacchi batteria e componenti audio/visivi.
Poiché la capacità del microprocessore sta aumentando, ha quasi reso obsolete le altre forme di computer dal mercato dei computer.
Principali differenze tra FPGA e microcontrollore e microprocessore
- L'FPGA è un circuito programmabile sul campo, mentre il microcontrollore e il microprocessore non lo sono.
- L'FPGA può eseguire molte attività in base ai requisiti dell'utente, mentre il microcontrollore e il microprocessore possono eseguire solo attività specificate configurate dal produttore.
- I microcontrollori possono essere costruiti con un sistema di risparmio energetico, mentre i microprocessori e gli FPGA non dispongono di tale funzionalità.
- Gli FPGA sono programmati utilizzando VHDL, e i microcontrollori sono programmati usando C o C++, e i microprocessori sono programmati usando il linguaggio assembly.
- Il consumo energetico dell'FPGA è il più alto rispetto ai microcontrollori e ai microprocessori.
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6708541/
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141933199000630
Ultimo aggiornamento: 29 luglio 2023
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Sandeep Bhandari ha conseguito una laurea in ingegneria informatica presso la Thapar University (2006). Ha 20 anni di esperienza nel campo della tecnologia. Ha un vivo interesse in vari campi tecnici, inclusi i sistemi di database, le reti di computer e la programmazione. Puoi leggere di più su di lui sul suo pagina bio.
