Микропроцессоры и микроконтроллеры, это миниатюрные электронные схемы, которые служат основой большинства электронно-цифровых устройств, начиная с 70-годов прошлого столетия. Несмотря на то, что большинство производителей электронных компонентов успели за это время выпустить сотни различных типов микропроцессорных устройств, все они имеют одни общие принципы работы, которые необходимо знать и понимать для корректного сравнения различных устройств. Об основных характеристиках микропроцессоров и пойдет дальше речь.

Что такое длина слова или разрядность?

Длина слова (размер машинного слова) для микропроцессора или микроконтроллера показывает, какое количество бит данных устройство может обработать за единицу времени. По прошествии десятков лет, приведших к увеличению производительности и совместимости устройств, произошло революционное увеличение длины слова. Так, уже в 2011 году 8-битные процессоры ничем особенным не отличаются и стоят копейки. С другой стороны мощные 64-битные процессоры представляют собой современные устройства, способные выполнять множество функций, недоступных ранее. Например, они в отличие от своих «прародителей» могут выполнять арифметические вычисления с плавающей запятой и содержат в себе целые блоки вспомогательной памяти (кэш-память).

Емкость памяти

Одной из основных характеристик микропроцессоров является емкость памяти. Емкость памяти микропроцессоров и микроконтроллеров может сильно отличаться, что в основном зависит от количества бит адресуемой памяти. 8-битные процессоры типично способны работать с 16-битной памятью, что позволяет использовать от нескольких сотен байт до нескольких килобайт оперативной памяти и до десятков килобайт постоянной или флэш-памяти. Обычно 8-битные микропроцессоры не используют постоянную память (ROM или flash), а только оперативную память емкостью 64 килобайта. Если ширину шины памяти увеличить с 16 до 32 или 42 бит, то емкость адресуемой памяти может быть увеличена до 4 гигабайт и 4 терабайт, соответственно. Большая ширина шины памяти дает разработчикам широкие возможности по выделению дополнительных блоков оперативной и постоянной памяти при производстве RAM, устройств хранения и периферийных устройств.

Тактовая частота

Электронная схема, носящая название тактового генератора высокой частоты, производит электронные импульсы через одинаковые промежутки времени, по которым синхронизируются все операции, производимые в микропроцессорах. Обычно, чем выше тактовая частота процессора, тем выше производительность системы. Тому, как узнать производительность компьютера, посвящена наша отдельная статья. Тем не менее, более высокие тактовые частоты приводят к более высокому расходу электроэнергии. Поэтому в устройствах, использующих для своего питания заряд батарей, например в мобильных телефонах, для экономии энергии используются сниженные частоты процессоров. Самые простые модели современных микропроцессоров работают на частоте от 500МГц до 2 ГГц. Более мощные системы используют процессоры с тактовой частотой от 2 до 4 ГГц. На более высоких частотах процессоры начинают производить такое большое количество тепла, что их охлаждение составляет большую проблему.

Количество ядер

Еще одной основной характеристикой микропроцессора является количество используемых в нем ядер. Большинство современных процессоров имеют два, четыре и более вычислительных ядер. Современные операционные системы умеют распределять нагрузку, производимую программами, между ядрами, тем самым увеличивая производительность, уменьшая отклик компьютера, добиваясь быстрой перезагрузки и наращивая уровень допустимой нагрузки. Хотя идея использования нескольких процессоров в компьютере не является новой, их одновременное размещение на одном кристалле в виде самостоятельных ядер не было популярным и востребованным вплоть до 2005 года. По сравнению с микропроцессорами, микроконтроллеры предназначены для выполнения одной вполне определенной задачи. По этой причине использование нескольких ядер в микроконтроллере гораздо менее распространено.

Совместимость процессоров

Производители микропроцессоров и микроконтроллеров выпускают целые семейства совместимых устройств. Последние версии чипов могут выполнять одинаковые приложения и поддерживают работу с большим количеством компонентов, чем ранее. Разработка компьютеров и программ под конкретные процессоры является дорогим удовольствием, поэтому длительное инвестирование в эти процессы более выгодно для успешного продвижения процессоров на рынке. Программистам гораздо проще писать код под процессоры одного семейства, чем постоянно переучиваться под особенности процессоров новой архитектуры.