Quelle est la différence entre les microprocesseurs et les microcontrôleurs ?

Les microprocesseurs et les microcontrôleurs sont des puces informatiques centralisées qui fournissent de l'intelligence aux ordinateurs personnels et aux appareils électroniques. Ils sont construits avec des circuits intégrés à semi-conducteurs et partagent certaines parties internes. 

Circuit intégré

Les microprocesseurs et les microcontrôleurs sont tous deux des composants semi-conducteurs construits sur un circuit intégré. Un circuit intégré est une minuscule puce carrée ou rectangulaire qui contient des milliers, voire des millions de composants électroniques. Les circuits intégrés permettent aux ingénieurs de réduire la taille des circuits électroniques.

CPU

Les microprocesseurs et les microcontrôleurs possèdent tous deux un processeur. Un processeur est la partie centralisée de la puce informatique qui traite les instructions fournies par les applications ou les micrologiciels. Le processeur dispose également d'un module d'unité arithmétique et logique (UAL) spécial. Une UAL calcule des valeurs mathématiques et évalue les problèmes logiques sur la base d'instructions informatiques. 

Registres

Les registres sont des modules de mémoire que le processeur utilise pour le traitement. Le processeur stocke temporairement des instructions ou des données binaires avant, pendant et après leur traitement. Les microprocesseurs et les microcontrôleurs sont construits avec des registres internes, bien que les microcontrôleurs possèdent souvent plus de registres que les microcontrôleurs.

Les microprocesseurs prennent en charge des opérations informatiques polyvalentes sur les ordinateurs personnels et les serveurs d'entreprise. Parallèlement, les microcontrôleurs permettent aux systèmes embarqués d'analyser les entrées et d'y répondre en temps réel.

Lorsque les ingénieurs développent des systèmes dotés de microprocesseurs et de microcontrôleurs, ils sont conscients de telles différences.

Fréquence d'horloge

Les microprocesseurs fournissent des capacités informatiques rapides et robustes pour diverses applications. Un processeur informatique moderne fonctionne dans la plage des gigahertz (GHz). Cela permet à un système informatique d'effectuer des calculs mathématiques complexes et de renvoyer les résultats rapidement. 

Bien que la vitesse du microcontrôleur ait augmenté au fil des décennies, elle est bien inférieure à la vitesse de traitement du microprocesseur. Selon son objectif, la vitesse d'horloge d'un microcontrôleur varie entre les kilohertz (kHz) et les centaines de mégahertz (MHz). Malgré la faible plage de vitesses, un microcontrôleur peut fonctionner de manière optimale dans le cadre de sa portée d'application dédiée.

Taille du circuit

Un microprocesseur ne peut pas fonctionner seul. Il s'appuie sur des composants externes, tels que des puces de communication, des ports d'E/S, la RAM et la ROM, pour former un système informatique complet. Par conséquent, un circuit basé sur un microprocesseur se compose d'un bus d'adresses et de données reliant de nombreux périphériques et puces de mémoire. Malgré les avancées technologiques des cartes de circuits imprimés (PCB), un système à microprocesseur nécessite un espace considérable.

Le microcontrôleur offre toutefois une conception peu encombrante avec un circuit plus simple. La plupart des composants supplémentaires nécessaires à un système basé sur un microprocesseur sont facilement disponibles sur la même puce. Plutôt que d'utiliser des composants séparés individuellement, les ingénieurs utilisent un microcontrôleur unique lors de la conception de dispositifs électroniques. Cela laisse plus d'espace sur le circuit électronique, ce qui permet aux ingénieurs de produire des systèmes compacts. 

Consommation d'énergie

Les microprocesseurs fonctionnent souvent à une vitesse supérieure à celle des microcontrôleurs et consomment plus d'énergie. Ils nécessitent donc une alimentation externe. De même, un système informatique basé sur une unité à microprocesseur présente une consommation énergétique totale plus élevée en raison du grand nombre de composants supplémentaires. 

Les microcontrôleurs, quant à eux, sont conçus pour fonctionner efficacement avec un minimum d'énergie. De plus, la plupart des microcontrôleurs sont dotés de fonctionnalités d'économie d'énergie, qui font défaut aux microprocesseurs.

Par exemple, un microcontrôleur peut activer le mode économie d'énergie et consomme peu d'énergie lorsqu'il ne traite pas de données. Les microcontrôleurs peuvent également désactiver les périphériques internes qui ne sont pas utilisés pour économiser de l'énergie. Les microcontrôleurs sont donc idéaux pour créer une application dédiée à faible consommation qui fonctionne avec de l'énergie stockée.

Système d'exploitation

Dans les applications pratiques, les microprocesseurs nécessitent un système d'exploitation pour fournir les fonctionnalités appropriées. Sans système d'exploitation, les utilisateurs devraient donner des instructions au microprocesseur en langage d'assemblage ou binaire.

En parallèle, les microcontrôleurs n'ont pas besoin de système d'exploitation pour fonctionner. Il existe toutefois des systèmes d'exploitation spécifiques qui permettent aux microcontrôleurs de milieu et haut de gamme de fonctionner plus efficacement. 

Connectivité

Les microprocesseurs gèrent des technologies de communication plus diverses que les microcontrôleurs. Par exemple, un microprocesseur traite des données USB 3.0 ou Gigabit Ethernet à haut débit sans processeur secondaire.

Cependant, la plupart des microcontrôleurs ont besoin d'un processeur spécial pour une connectivité de données à haut débit. 

Coût

Le circuit intégré d'un microprocesseur comprend uniquement le processeur, l'unité arithmétique et logique (UAL) et les registres, ce qui réduit le coût de fabrication par unité. Un microcontrôleur unique possède quant à lui une architecture interne plus complexe et est généralement plus coûteux qu'un microprocesseur.

Cependant, un système basé sur un microprocesseur est plus coûteux, car il nécessite des composants supplémentaires. En revanche, un microcontrôleur est autonome pour l'application à laquelle il est dédié.

Le microcontrôleur nécessite moins de composants supplémentaires, ce qui se traduit par des systèmes basés sur un microcontrôleur moins coûteux. Par exemple, le circuit imprimé d'un climatiseur équipé d'un microcontrôleur coûte moins cher qu'une carte mère informatique équipée de microprocesseurs. 

	Microprocesseur	Microcontrôleur
Mémoire	Nécessite une mémoire et un stockage de données externes.	Modules de mémoire sur puce (ROM, RAM).
Périphériques	Nécessite des pièces supplémentaires. Se connecte au bus externe.	Périphériques sur puce (minuteries, ports E/S, convertisseur de signal).
Capacité informatique	Capable de réaliser des tâches informatiques complexes.	Limité à une logique d'application spécifique.
Fréquence d'horloge	Très rapide. Plage GHz.	Rapide mais plus lent que les microprocesseurs. Plage kHz à MHz.
Consommation d'énergie	Consommation d'énergie élevée. Pas de mode économie d'énergie.	Consommation minimale d'énergie. Modes économie d'énergie intégrés.
Système d'exploitation	Nécessite des systèmes d'exploitation.	Le système d'exploitation est facultatif pour certains microcontrôleurs.
Connectivité	Gère le transfert de données à haut débit. Prend en charge USB 3.0 et Gigabit Ethernet.	Prend en charge les communications à vitesse faible à modérée. SPI (Serial Peripheral Interface) et I²C. UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter).
Coût	Coûteux en raison des composants supplémentaires.	Moins coûteux, car un seul circuit intégré fournit de multiples fonctionnalités.
Cas d'utilisation	Pour le calcul générique ou pour les systèmes nécessitant une capacité informatique robuste.	Pour les systèmes compacts, alimentés par batterie ou pour les dispositifs de traitement logique.