FPGA vs Microcontrolador vs Microprocessador: Diferença e Comparação

O gráfico de crescimento tecnológico no mundo eletrônico aumentou potencialmente. Em contraste, os circuitos integrados transformaram o mundo da eletrônica. Sejam computadores, telefones celulares ou outros eletrodomésticos, você escolhe, eles se tornaram uma parte obrigatória da casa. Tudo por causa do tamanho pequeno e dos circuitos integrados (CIs) de baixo custo. Os três famosos CIs, FPGA, Microcontrolador e Microprocessador, estão movimentando o mundo eletrônico ao seu redor.

Principais lições

1. Os FPGAs são altamente personalizáveis, permitindo processamento paralelo e configurações de hardware reprogramáveis.
2. Os microcontroladores integram um processador, memória e periféricos em um chip, tornando-os ideais para sistemas embarcados de baixo consumo de energia.
3. Os microprocessadores são CPUs de uso geral de alto desempenho que requerem componentes externos, como memória e dispositivos de entrada/saída.

FPGA vs Microcontrolador vs Microprocessador

FPGAs são circuitos integrados que fornecem flexibilidade, mas têm espaço limitado. O microprocessador é um dispositivo eletrônico que executa operações aritméticas e lógicas, mas tem poder de processamento limitado. Um microcontrolador é um único chip integrado limitado à tarefa com a qual está conectado.

FPGA significa field-programmable gate array. É um circuito integrado com portas lógicas que o usuário pode reprogramar conforme sua necessidade. Portanto, o nome campo programável é usado. O FPGA é configurado usando linguagem de descrição de hardware (HDL).

Um microcontrolador também é chamado de pequeno computador em um único chip IC. Ele contém um ou vários núcleos de processador com memória e periféricos programáveis. A ideia por trás do projeto de microcontroladores é sua aplicação na forma embarcada.

Um microprocessador também é um processador de computador de chip único com controle e lógica de processamento de dados. O microprocessador gerencia as funções executadas pela unidade central de processamento. Ele contém aritmética, lógica e circuitos de controle para executar as tarefas necessárias.

Tabela de comparação

Parâmetros de comparação	FPGA	Microcontroladores	Microprocessador
Execução de tarefas	FPGA executa todas as tarefas em paralelo	Os microcontroladores executam tarefas uma a uma	O microprocessador executa as tarefas em sequência
periféricos	Sem periféricos embutidos, mas contém portas lógicas	Periféricos integrados	Sem periféricos integrados
Flexibilidade de tarefas	Pode executar qualquer tarefa	Executa tarefas específicas	Executa tarefas específicas
Estrutura de hardware	não fixo	Fixo	Fixo
Poder de processamento	Alta	Médio	Limitado

O que é FPGA?

FPGA significa field-programmable gate array. É um circuito integrado usado em vários dispositivos eletrônicos. Como o nome revela, esses ICs são reprogramáveis. O usuário pode configurá-lo de acordo com suas tarefas necessárias.

FPGA tem múltiplas portas lógicas. Estas podem funcionar como portas lógicas simples, por exemplo, AND e XOR, e também podem ser configuradas para realizar funções complexas com combinações. A maioria dos FPGAs inclui elementos de memória.

Os FPGAs podem iniciar o desenvolvimento do software do sistema em paralelo com o hardware. Eles podem permitir a simulação de desempenho muito cedo no desenvolvimento. Eles também permitem vários testes de sistema e iterações de design antes da arquitetura final.

O usuário, na forma de linguagem de descrição de hardware HDL ou um projeto esquemático, define o comportamento do FPGA. O HDL é adequado para grandes estruturas, enquanto o esquemático permite uma visualização mais fácil de um projeto e seus módulos.

O projeto do FPGA é simulado em vários estágios em um fluxo de projeto. O FPGA pode ser usado para resolver qualquer problema computável. Eles são mais rápidos para algumas aplicações devido à sua natureza de funcionamento paralelo.

O que é Microcontrolador?

Um microcontrolador é um circuito integrado de chip único. Memórias como RAM ferroelétrica, flash NOR ou ROM OTP também estão incluídas no chip. Uma pequena quantidade de RAM também pode ser encontrada.

Microcontroladores são projetados para aplicações embarcadas. Estes são usados ​​em dispositivos controlados automaticamente. Por exemplo, dispositivos médicos implantáveis, sistemas de controle de motores de automóveis, eletrodomésticos, máquinas de escritório, controles remotos, brinquedos, ferramentas elétricas e outros dispositivos incorporados.

 Os microcontroladores possuem memória interna e dispositivos de entrada/saída, o que os torna reduzidos em tamanho e econômicos para controlar mais dispositivos. Os microcontroladores são populares e econômicos na coleta de dados, detecção e atuação como dispositivos de borda.

Microcontroladores têm baixo consumo de energia. Eles podem operar em frequências tão baixas quanto 4 kHz. Geralmente, eles podem manter sua funcionalidade durante a espera por um evento. Eles são adequados para aplicações de bateria de longa duração. Apenas alguns dos microcontroladores possuem o recurso de um conversor digital para analógico (DAC). Isso permite que o processador envie sinais analógicos ou níveis de tensão.

O que é Microprocessador?

Um microprocessador é um chip de computador com circuitos integrados simples ou múltiplos. Ele pode interpretar e executar instruções de programação e realizar operações aritméticas também.

É um processador acionado por relógio que aceita dados binários como entrada, processa esses dados de acordo com as instruções armazenadas em sua memória e fornece a saída em formato binário. Eles contêm lógica combinacional e lógica digital sequencial.

Esses ICs são produzidos por um processo de fabricação de semicondutores de óxido de metal (MOS) altamente automatizado. Eles têm um preço unitário baixo e maior confiabilidade por causa da menor falha de conexão.

Havia muitos itens que não eram relacionados a computadores e ainda tinham microprocessadores. Isso inclui eletrodomésticos, veículos e seus acessórios, brinquedos, interruptores/dimmers de luz, ferramentas e instrumentos, disjuntores elétricos, alarmes de fumaça, baterias e componentes audiovisuais.

Como a capacidade do microprocessador está aumentando, quase tornou obsoletas as outras formas de computadores do mercado de computadores.

Principais diferenças entre FPGA e microcontrolador e microprocessador

1. O FPGA é um circuito programável em campo, enquanto o microcontrolador e o microprocessador não são.
2. O FPGA pode executar muitas tarefas de acordo com os requisitos do usuário, enquanto o microcontrolador e o microprocessador podem executar apenas tarefas especificadas configuradas pelo fabricante.
3. Os microcontroladores podem ser construídos com um sistema de economia de energia, enquanto os microprocessadores e FPGAs não possuem esse recurso.
4. FPGAs são programados usando VHDL, e os microcontroladores são programados usando C ou C++, e os microprocessadores são programados usando linguagem assembly.
5. O consumo de energia do FPGA é o mais alto em comparação com os microcontroladores e microprocessadores.

Referências

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

Última atualização: 29 de julho de 2023