ما الفرق بين المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم المصغّرة؟

المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم المصغّرة عبارة عن رقائق كمبيوتر مركزية توفر الذكاء لأجهزة الكمبيوتر الشخصية والأجهزة الإلكترونية. وقد تم تصميمها بدوائر متكاملة من أشباه الموصلات وتشترك في أجزاء داخلية معينة. 

دائرة متكاملة

كل من المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم المصغّرة هي مكونات من أشباه الموصلات مبنية على دائرة متكاملة. الدائرة المتكاملة هي شريحة مربعة أو مستطيلة صغيرة جدًا تحتوي على الآلاف أو حتى الملايين من المكونات الإلكترونية. تسمح الدوائر المتكاملة للمهندسين بتقليل حجم الدوائر الإلكترونية.

وحدة المعالجة المركزية

تحتوي كل من المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم المصغّرة على وحدة معالجة مركزية. وحدة المعالجة المركزية هي الجزء المركزي من رقاقة الكمبيوتر الذي يعالج التعليمات التي تُصْدرها التطبيقات أو البرامج الثابتة. تحتوي وحدة المعالجة المركزية أيضًا على وحدة حساب ومنطق (ALU) خاصة. تقوم وحدة الحساب والمنطق (ALU) بحساب القيم الرياضية وتقييم المشكلات المنطقية بناءً على تعليمات الكمبيوتر. 

السجلات

السجلات هي وحدات ذاكرة تستخدمها وحدة المعالجة المركزية في المعالجة. تقوم وحدة المعالجة المركزية بتخزين التعليمات أو البيانات الثنائية مؤقتًا قبل معالجتها وأثنائها وبعدها. تم تصميم كل من المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم المصغّرة من خلال سجلات داخلية، على الرغم من أن وحدات التحكم المصغّرة غالبًا ما تحتوي على سجلات أكثر من وحدات التحكم المصغّرة.

تدعم المعالجات الدقيقة عمليات الحوسبة متعددة الاستخدامات في أجهزة الكمبيوتر الشخصية والخوادم المؤسسة. وفي الوقت نفسه، تسمح وحدات التحكم المصغّرة للأنظمة المضمنة بتحليل المدخلات والاستجابة لها في الوقت الفعلي.

عندما يطور المهندسون أنظمةً تشتمل على معالجات دقيقة ووحدات تحكم مصغّرة، فإنهم يدركون الاختلافات مثل الاختلافات التالية.

سرعة مقياس الوقت

توفر المعالجات الدقيقة إمكانات حوسبة عالية السرعة وقوية تصلح لمختلف التطبيقات. يعمل معالج الكمبيوتر الحديث في نطاق جيجاهيرتز (GHz). وهذا النطاق يتيح لنظام الكمبيوتر إجراء حسابات رياضية معقدة وإرجاع النتائج على الفور. 

على الرغم من زيادة سرعة وحدة التحكم المصغّرة على مدار عقود، إلا أنها أقل بكثير من سرعة المعالجة المتوفرة في المعالج الدقيق. تتراوح سرعة ساعة المعالج الدقيق بين كيلوهرتز (KHz) ومئات الميجاهرتز (MHz) وهذا يرجع إلى الغرض من المعالج الدقيق. على الرغم من نطاق السرعة المنخفض، يمكن أن يعمل المعالج الدقيق على النحو الأمثل ضمن نطاق تطبيقك المخصص.

حجم الدائرة

لا يمكن للمعالج الدقيق أن يعمل من تلقاء نفسه. إنه يعتمد على أجزاء خارجية، مثل رقائق الاتصال ومنافذ الإدخال/الإخراج وذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط (ROM)، لتشكيل نظام حوسبة كامل. ولذلك، تتكون الدائرة القائمة على المعالجات الدقيقة من عنوان وناقل بيانات يربط بين العديد من الأجهزة الطرفية وشرائح الذاكرة. وحتى مع التقدم في تقنيات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، يتطلب نظام المعالج الدقيق مساحةً كبيرةً.

ومع ذلك، يوفر المعالج الدقيق تصميمًا موفرًا للمساحة يشتمل على دائرة أبسط. تتوفر معظم المكونات الإضافية التي يحتاجها النظام القائم على المعالجات الدقيقة بسهولة على نفس الشريحة. بدلاً من استخدام مكونات منفصلة بشكل فردي، يستخدم المهندسون وحدة تحكم واحدةً عند تصميم الأجهزة الإلكترونية. يتيح ذلك مساحة أكبر على لوحة الدوائر الإلكترونية، ما يسمح للمهندسين بإنتاج أنظمة مدمجة. 

استهلاك الطاقة

وفي الغالب تعمل المعالجات الدقيقة بسرعة أعلى من وحدات التحكم المصغّرة وتستهلك المزيد من الطاقة، ولذا فهي تتطلب وحدة إمداد طاقة خارجيةً. وبالمثل، فإن نظام الحوسبة الذي يستند إلى وحدة معالجات دقيقة يتمتع باستهلاك طاقة أعلى إجمالًا بسبب العدد الكبير من المكونات الإضافية. 

وفي الوقت نفسه، تم تصميم وحدات التحكم المصغّرة لتعمل بكفاءة مع استهلاك الحد الأدنى من الطاقة. علاوةً على ذلك، تحتوي معظم وحدات التحكم المصغّرة على ميزات توفير الطاقة، والتي تفتقر إليها المعالجات الدقيقة.

على سبيل المثال، يمكن لوحدة التحكم المصغّرة تنشيط وضع توفير الطاقة واستهلاك طاقة محدودة في الأوقات التي لا يحدث فيها معالجة للبيانات. يمكن لوحدات التحكم المصغّرة أيضًا إيقاف تشغيل الأجهزة الطرفية الداخلية غير المستخدمة توفيرًا للطاقة. وهذا يجعل وحدات التحكم المصغّرة مثاليةً لإنشاء تطبيق مخصص منخفض الطاقة يعمل على الطاقة المخزنة.

نظام التشغيل

في التطبيقات العملية، تتطلب المعالجات الدقيقة نظام تشغيل يتوفر فيه الوظائف المناسبة. بدون نظام تشغيل، سيتعين على المستخدمين توجيه تعليمات للمعالج الدقيق في صورة لغة تجميع أو لغة ثنائية.

وفي الوقت نفسه، فإن تشغيل وحدات التحكم المصغّرة لا يتطلب نظام تشغيل. ومع ذلك، توجد أنظمة تشغيل محددة تساعد وحدات التحكم المصغّرة متوسطة المدى وعالية المدى على العمل بكفاءة أكبر. 

الاتصال

تتعامل المعالجات الدقيقة مع تقنيات اتصال أكثر تنوعًا من التقنيات التي تتعامل معها وحدات التحكم المصغّرة. على سبيل المثال، يقوم المعالج الدقيق بمعالجة بيانات USB 3.0 أو جيجابت إيثرنت عالية السرعة بدون معالج ثانوي.

ومع ذلك، تحتاج معظم وحدات التحكم المصغّرة إلى معالج خاص للحصول على اتصال بيانات عالي السرعة. 

التكلفة

تتكون الدائرة المتكاملة للمعالجات الدقيقة فقط من وحدة المعالجة المركزية، ووحدة الحساب والمنطق (ALU)، والسجلات، ما يقلل من تكلفة التصنيع لكل وحدة. وفي الوقت نفسه، يحتوي المعالج الدقيق الواحد على بنية داخلية أكثر تعقيدًا ويكون في العموم أكثر تكلفةً من المعالج الدقيق.

ومع ذلك، يُعد النظام القائم على المعالجات الدقيقة أكثر تكلفةً لأنه يتطلب مكوناتٍ إضافية. في المقابل، فإن المعالج الدقيق يتمتع بالاكتفاء الذاتي من حيث التطبيق الذي يختاره.

يتطلب المعالج الدقيق عددًا أقل من المكونات الإضافية، ما ينتج عنه أنظمة أرخص تعتمد على وحدات تحكم مصغّرة. على سبيل المثال، تُكلّف لوحة دوائر مكيف الهواء المزودة بوحدة تحكم مصغّرة أقل من تكلفة اللوحة الأم للكمبيوتر المزودة بمعالجات دقيقة. 

	المعالج الدقيق	وحدة التحكم المصغّرة
الذاكرة	يتطلب ذاكرةً خارجيةً ومساحة تخزين بيانات خارجيةً.	وحدات ذاكرة على الرقاقة (ROM، RAM).
الأجهزة الطرفية	يحتاج إلى قطع إضافية. يتصل بالناقل الخارجي.	الأجهزة الطرفية على الرقاقة (أجهزة المؤقت، منافذ الإدخال/الإخراج، محول إشارة).
القدرة الحاسوبية	قادر على تنفيذ مهام الحوسبة المعقدة.	تقتصر على منطق تطبيق معين.
سرعة مقياس الوقت	سريع جدًا. نطاق جيجاهرتز.	سريعة ولكنها أبطأ من المعالجات الدقيقة. نطاق يتراوح من كيلوهرتز إلى ميجاهرتز.
استهلاك الطاقة	استهلاك عالي للطاقة. لا يوجد وضع توفير الطاقة.	تستهلك الحد الأدنى من الطاقة. توجد أوضاع توفير طاقة مضمنة.
نظام التشغيل	يشترط أنظمة تشغيل بعينها.	نظام التشغيل اختياري في بعض وحدات التحكم المصغّرة.
الاتصال	يعالج عمليات نقل البيانات بسرعة عالية. يدعم USB 3.0 وجيجابت إيثرنت.	يدعم الاتصال بسرعة تتراوح من المنخفضة إلى المتوسطة. واجهة طرفية تسلسلية (SPI) وممر ناقل بين الدارات المتكاملة (I²C). المرسل-المستقبل غير المتزامن الشامل (UART).
التكلفة	تكلفته باهظة بسبب المكونات الإضافية.	أرخص كلفةً لأن الدائرة المتكاملة الواحدة توفر وظائف متعددة.
حالة الاستخدام	يُستخدم في الحوسبة العامة، أو الأنظمة التي تتطلب قدرةً حاسوبيةً قويةً.	تُستخدم في الأنظمة المدمجة أو التي تعمل بالبطارية أو أجهزة المعالجة المنطقية.