De grafiek van technologische groei in de elektronische wereld is potentieel toegenomen. Geïntegreerde schakelingen daarentegen hebben de wereld van elektronica getransformeerd. Of het nu computers, mobiele telefoons of andere huishoudelijke apparaten zijn, noem maar op, ze zijn een verplicht onderdeel van het huishouden geworden. Allemaal vanwege het kleine formaat en de goedkope geïntegreerde schakelingen (IC's). De drie beroemde IC's, FPGA, Microcontroller en Microprocessor, brengen de elektronische wereld om hen heen in beweging.
Key Takeaways
- FPGA's zijn zeer aanpasbaar, waardoor parallelle verwerking en herprogrammeerbare hardwareconfiguraties mogelijk zijn.
- Microcontrollers integreren een processor, geheugen en randapparatuur in één chip, waardoor ze ideaal zijn voor low-power, embedded systemen.
- Microprocessors zijn krachtige CPU's voor algemeen gebruik waarvoor externe componenten nodig zijn, zoals geheugen en invoer-/uitvoerapparaten.
FPGA versus Microcontroller versus Microprocessor
FPGA's zijn geïntegreerde schakelingen die flexibiliteit bieden maar beperkte ruimte hebben. De microprocessor is een elektronisch apparaat dat rekenkundige en logische bewerkingen uitvoert, maar een beperkte verwerkingskracht heeft. Een microcontroller is een enkele geïntegreerde chip die beperkt is tot de taak waarmee hij is bedraad.
FPGA staat voor in het veld programmeerbare poortarray. Het is een geïntegreerde schakeling met logische poorten die de gebruiker kan herprogrammeren volgens zijn vereisten. Vandaar dat de naam veld-programmeerbaar wordt gebruikt. De FPGA is geconfigureerd met behulp van hardwarebeschrijvingstaal (HDL).
Een microcontroller wordt ook wel een kleine computer op een enkele IC-chip genoemd. Het bevat enkele of meerdere processorkernen met geheugen en programmeerbare randapparatuur. Het idee achter het ontwerp van microcontrollers is hun toepassing in de ingebedde vorm.
Een microprocessor is ook een single-chip computerprocessor met gegevensverwerkingscontrole en logica. De microprocessor beheert de functies die worden uitgevoerd door de centrale verwerkingseenheid. Het bevat rekenkundige, logische en besturingsschakelingen om de vereiste taken uit te voeren.
Vergelijkingstabel
| Parameters van vergelijking: | FPGA | Microcontrollers | Microprocessor |
|---|---|---|---|
| Uitvoeren van taken | FPGA voert alle taken parallel uit | De microcontrollers voeren taken één voor één uit | De microprocessor voert de taken in volgorde uit |
| randapparatuur | Geen ingebouwde randapparatuur maar bevat logische poorten | Ingebouwde randapparatuur | Geen ingebouwde randapparatuur |
| Flexibiliteit van taken | Kan elke taak uitvoeren | Voert specifieke taken uit | Voert specifieke taken uit |
| Hardware structuur | Niet-vast | vast | vast |
| Verwerkingscapaciteit | Hoge | Medium | Beperkt |
Wat is FPGA?
FPGA staat voor Field Programmable Gate Array. Het is een geïntegreerde schakeling die in tal van elektronische apparaten wordt gebruikt. Zoals de naam al aangeeft, zijn deze IC's herprogrammeerbaar. De gebruiker kan het configureren volgens de vereiste taken.
FPGA heeft meerdere logische poorten. Deze kunnen fungeren als eenvoudige logische poorten, bijvoorbeeld AND en XOR, en kunnen ook worden geconfigureerd om complexe functies met combinaties uit te voeren. De meeste FPGA's bevatten geheugenelementen.
FPGA's kunnen de ontwikkeling van systeemsoftware parallel met hardware starten. Ze kunnen de prestatiesimulatie al heel vroeg in de ontwikkeling mogelijk maken. Ze maken ook talloze systeemtesten en ontwerpiteraties mogelijk voordat de definitieve architectuur wordt vastgesteld.
De gebruiker definieert, in de vorm van hardwarebeschrijvingstaal HDL of een schematisch ontwerp, het gedrag van FPGA. HDL is geschikt voor grote constructies, terwijl schematisch een eenvoudiger visualisatie van een ontwerp en zijn modules mogelijk maakt.
Het ontwerp van de FPGA wordt gesimuleerd op meerdere fasen in een ontwerpstroom. FPGA kan worden gebruikt om elk berekenbaar probleem op te lossen. Voor sommige toepassingen zijn ze sneller omdat ze parallel functioneren.
Wat is microcontroller?
Een microcontroller is een geïntegreerd circuit met één chip. Geheugen zoals ferro-elektrisch RAM, NOR-flash of OTP ROM is ook in de chip opgenomen. Er is ook een kleine hoeveelheid RAM aanwezig.
Microcontrollers zijn ontworpen voor embedded toepassingen. Deze worden gebruikt in automatisch bestuurde apparaten. Bijvoorbeeld implanteerbare medische apparaten, regelsystemen voor automotoren, apparaten, kantoormachines, afstandsbedieningen, speelgoed, elektrisch gereedschap en andere ingebedde apparaten.
Microcontrollers hebben een ingebouwd geheugen en invoer-/uitvoerapparaten, waardoor ze kleiner en zuiniger zijn om meer apparaten aan te sturen. Microcontrollers zijn populair en economisch in het verzamelen, detecteren en bedienen van gegevens als edge-apparaten.
Microcontrollers hebben een laag stroomverbruik. Ze kunnen werken bij frequenties zo laag als 4 kHz. Over het algemeen kunnen ze hun functionaliteit behouden tijdens het wachten op een gebeurtenis. Ze zijn geschikt voor langdurige batterijtoepassingen. Slechts enkele microcontrollers hebben de functie van een digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC). Hierdoor kan de processor analoge signalen of spanningsniveaus uitvoeren.
Wat is microprocessor?
Een microprocessor is een computerchip met enkele of meerdere geïntegreerde schakelingen. Het kan programmeerinstructies interpreteren en uitvoeren en ook rekenkundige bewerkingen uitvoeren.
Het is een klokgestuurde processor die binaire gegevens als invoer accepteert, deze gegevens vervolgens verwerkt volgens de opgeslagen instructies in zijn geheugen en de uitvoer in binaire vorm geeft. Ze bevatten zowel combinatielogica als sequentiële digitale logica.
Deze IC's worden geproduceerd door een sterk geautomatiseerd metal-oxide-semiconductor fabricageproces (MOS). Ze hebben een lage eenheidsprijs en een verhoogde betrouwbaarheid vanwege de mindere verbindingsuitval.
Er waren veel items die niet computergerelateerd waren en nog steeds microprocessors hadden. Deze omvatten huishoudelijke apparaten, voertuigen en hun accessoires, speelgoed, lichtschakelaars/dimmers, gereedschappen en instrumenten, elektrische stroomonderbrekers, rookmelders, accu's en audio/visuele componenten.
Omdat de capaciteit van de microprocessor toeneemt, heeft het de andere vormen van computers bijna van de computermarkt verdrongen.
Belangrijkste verschillen tussen FPGA en microcontroller en microprocessor
- FPGA is een in het veld programmeerbaar circuit, terwijl microcontroller en microprocessor dat niet zijn.
- FPGA kan veel taken uitvoeren volgens de vereisten van de gebruiker, terwijl microcontroller en microprocessor alleen gespecificeerde taken kunnen uitvoeren die door de fabrikant zijn geconfigureerd.
- Microcontrollers kunnen worden gebouwd met een energiebesparend systeem, terwijl microprocessors en FPGA's zo'n functie missen.
- FPGA's worden geprogrammeerd met behulp van VHDL, en microcontrollers worden geprogrammeerd met C of C ++, en microprocessors worden geprogrammeerd met behulp van assembleertaal.
- Het stroomverbruik van FPGA is het hoogst in vergelijking met de microcontrollers en microprocessors.
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6708541/
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141933199000630
Laatst bijgewerkt: 29 juli 2023
Ik heb zoveel moeite gestoken in het schrijven van deze blogpost om jou van waarde te kunnen zijn. Het zal erg nuttig voor mij zijn, als je overweegt het te delen op sociale media of met je vrienden/familie. DELEN IS ️
Sandeep Bhandari heeft een Bachelor of Engineering in Computers van Thapar University (2006). Hij heeft 20 jaar ervaring op het gebied van technologie. Hij heeft een grote interesse in verschillende technische gebieden, waaronder databasesystemen, computernetwerken en programmeren. Je kunt meer over hem lezen op zijn bio pagina.
