Mikrokontroler vs mikroprosesor: Apa bedanya?

Unit mikrokontroler (MCU) dan unit mikroprosesor (MPU) adalah dua jenis sirkuit terpadu yang, meskipun serupa dalam beberapa hal, sangat berbeda dalam banyak hal lainnya. Dengan menggantikan unit pemrosesan pusat (CPU) multi-komponen yang lebih lama dengan unit logika terintegrasi dalam satu chip, prosesor ini memainkan peran penting dalam pengembangan teknologi komputasi yang berkelanjutan. Mikrokontroler dan mikroprosesor berbeda secara signifikan dalam struktur komponen, arsitektur chip, kemampuan kinerja, dan bidang aplikasinya.

Perbedaan utama antara kedua unit ini adalah mikrokontroler menggabungkan semua elemen yang diperlukan dari sistem komputer mikro ke dalam satu perangkat keras. Mikrokontroler tidak memerlukan periferal tambahan atau sistem operasi yang rumit untuk berfungsi, sedangkan mikroprosesor memerlukannya. Kedua sirkuit berisi CPU, tetapi, mikrokontroler juga mengintegrasikan memori, komponen input/output (I/O), dan periferal bervariasi lainnya.

Mikrokontroler yang hemat biaya, berukuran kecil, dan berdaya rendah dirancang untuk menyediakan fungsionalitas multi-fungsi. Oleh karena itu, unit-unit ini paling cocok digunakan untuk aplikasi khusus, seperti sistem infotainment otomotif dan perangkat Internet of Things (IoT).

Sebaliknya, mikroprosesor serba guna umumnya lebih kuat dan dirancang untuk bekerja dengan perangkat keras khusus, guna meningkatkan kinerja dalam aplikasi yang membutuhkan daya besar, seperti komputasi pribadi dan pemrosesan grafis.

Pada tingkat perangkat keras, mikroprosesor didasarkan pada arsitektur von Neumann "klasik". Ini terdiri dari CPU yang mencakup unit logika aritmatika (ALU) dan register prosesor (sejumlah kecil penyimpanan memori cepat untuk akses data yang lebih cepat), unit kontrol, memori untuk data dan instruksi, memori eksternal untuk penyimpanan massal, serta mekanisme I/O untuk komunikasi dengan perangkat lain. Metodologi ini menggunakan satu set kabel interkoneksi yang sama (dikenal sebagai bus) untuk mentransfer instruksi dan menjalankan operasi. Mikroprosesor tidak dapat melakukan tindakan ini secara bersamaan, namun perangkat modern menggunakan berbagai teknik untuk menghindari kemacetan data dan memastikan aliran informasi yang lancar.

Di sisi lain, mikrokontroler menggunakan arsitektur Harvard yang lebih kompleks, yang memiliki satu set bus data dan bus alamat khusus untuk membaca dan menulis data ke memori, dan satu set lagi untuk mengambil instruksi untuk menjalankan operasi. Karena CPU dapat membaca instruksi dan mengakses memori data pada saat yang sama, arsitektur Harvard dapat melakukan operasi dasar dengan lebih cepat.

Arsitektur Harvard unggul dalam tugas komputasi real-time dan berkecepatan tinggi. Namun, penggabungan ruang memori untuk data dan instruksi dalam arsitektur von Neumann yang disederhanakan meningkatkan keandalan dan skalabilitas sistem. Untuk alasan ini, mikroprosesor berbasis von Neumann lebih disukai untuk tugas-tugas yang memerlukan kinerja tinggi, seperti komputasi kinerja tinggi (HPC) dan permainan, sementara mikrokontroler lebih sering digunakan untuk pemrosesan sinyal cepat.

Pada dasarnya, mikrokontroler adalah komputer kecil dalam satu chip, yang berisi inti prosesor (atau beberapa inti), memori operasional (RAM), dan memori hanya-baca yang dapat diprogram yang dapat dihapus secara elektrik (EEPROM) untuk memori program. Dioptimalkan untuk berfungsi sebagai unit mandiri, integrasi mikrokontroler meningkatkan pemrosesan sinyal waktu nyata dan menjadikan unit ringkas ini ideal untuk mengendalikan tugas atau tugas tertentu dalam sistem tertanam.

Komponen kunci dari mikrokontroler

• Unit pemrosesan Pusat (CPU): Sering disebut "otak" komputer, CPU bertanggung jawab untuk mengeksekusi instruksi dan mengendalikan seluruh operasi sistem.
• Memori: Mikrokontroler dilengkapi dengan memori volatil (RAM) untuk menyimpan data sementara yang bisa hilang jika sistem kehilangan daya, serta memori flash non-volatil (ROM) untuk menyimpan kode pemrograman mikrokontroler.
• Periferal: Tergantung pada aplikasinya, mikrokontroler dapat dilengkapi dengan berbagai komponen periferal, seperti antarmuka I/O, pengatur waktu, penghitung, konverter analog-ke-digital (ADC), dan protokol komunikasi (seperti UART, SPI, I2C).

Mikrokontroler yang ringan, kecil, dan hemat daya sangat ideal untuk perangkat elektronik yang menggunakan baterai, seperti ponsel cerdas, jam tangan pintar, dan perangkat wearable lainnya. Mereka juga menjadi favorit di kalangan penghobi. Mikrokontroler tingkat konsumen, seperti yang dibuat oleh Arduino atau Raspberry Pi, dapat dengan mudah diprogram menggunakan bahasa pemrograman seperti C, C++, dan Python, yang umum digunakan di sistem operasi Windows, Linux, dan macOS. Selain mudah diakses oleh pengembang pemula, mikrokontroler juga banyak digunakan dalam berbagai contoh penggunaan profesional dan industri, seperti otomatisasi industri, sistem keselamatan transportasi, dan pembuatan prototipe.

Jenis mikrokontroler dan contoh penggunaan 

Sebagai respons terhadap permintaan chip khusus dari produsen kalkulator Jepang, insinyur Texas Instruments, Gary Boone dan Michael Cochran, tercatat sebagai pencipta mikrokontroler pertama pada tahun 1971. Sebagai terobosan dalam teknologi sirkuit, perkembangan selanjutnya telah menghasilkan banyak perbaikan dan iterasi yang dibuat oleh produsen seperti Intel, NXP, dan Arm.

Berikut ini adalah beberapa jenis mikrokontroler yang lebih umum:

• Mikrokontroler 8-bit: Jenis mikrokontroler yang paling sederhana, dengan pemrosesan dan memori terbatas, biasanya digunakan pada perangkat kecil seperti mainan dan pengendali jarak jauh.
• Mikrokontroler 16-bit: Dengan kinerja dua kali lebih baik dibandingkan model 8-bit, mikrokontroler 16-bit digunakan untuk aplikasi yang lebih kompleks, seperti perangkat medis, sistem otomotif, dan kontrol industri.
• Mikrokontroler 32-bit: Jenis mikrokontroler yang paling kuat dan kaya fitur, digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan kinerja tinggi, seperti konsol game, perangkat hiburan, dan otomatisasi industri tingkat lanjut.
• Mikrokontroler dengan arsitektur set instruksi tereduksi (RISC): Mikrokontroler RISC menggunakan desain arsitektur yang menyederhanakan dan mempercepat operasi, dengan mengeksekusi lebih sedikit instruksi, sehingga lebih cepat dibandingkan dengan metodologi lain, seperti arsitektur Set Instruksi Kompleks (CISC).
• Mikrokontroler ARM: Awalnya merupakan singkatan dari Advanced RISC Machines, mikrokontroler jenis ini menggunakan arsitektur ARM, termasuk varian modern seperti Arm Cortex, yang meningkatkan kinerja dan keandalan. Mikrokontroler Arm banyak digunakan dalam perangkat mobile, sistem otomotif dan sistem kontrol industri.
• Mikrokontroler PIC: Dikembangkan oleh Microchip Technology, mikrokontroler PIC dikenal sebagai mikrokontroler terkecil di dunia dan sering digunakan dalam robotika, otomatisasi rumah dan industri, serta sistem energi terbarukan.
• Mikrokontroler berbasis FPGA: Biasanya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan pemrosesan sinyal digital, pemrosesan video, dan jaringan berkecepatan tinggi, mikrokontroler ini memanfaatkan chip yang dapat dikustomisasi, yaitu field-programmable gate array (FPGA), yang dapat dikonfigurasi dan diprogram ulang pada tingkat perangkat keras untuk menciptakan solusi perangkat keras yang unik, sesuai dengan kebutuhan pemrosesan yang kompleks.

Mikroprosesor adalah jenis prosesor komputer yang dominan, mengintegrasikan semua komponen CPU yang diperlukan ke dalam satu sirkuit. MPU menggabungkan unit aritmatika, logika, dan kontrol dari sistem CPU komputer lama menjadi satu perangkat keras serbaguna, yang bekerja dengan clock dan berbasis register. Desain terintegrasi ini meningkatkan keandalan dengan mengurangi potensi titik kegagalan. Tampaknya Anda belum menuliskan kalimat yang dimaksud. Bisa Anda kirimkan kalimat tersebut agar saya bisa membantu memperjelasnya?

Komponen kunci mikroprosesor

Mikroprosesor modern menggabungkan jutaan transistor kecil, resistor, dan dioda yang dirakit pada bahan semikonduktor untuk membuat komponen penting CPU. 

• Unit logika aritmatika (ALU): Sebagai komponen utama dalam CPU, ALU melakukan operasi logika, termasuk perhitungan matematika dan perbandingan data. 
• Unit kontrol (CU): CU berfungsi untuk memahami dan mengatur eksekusi instruksi, mengarahkan operasi dasar pada prosesor. 
• Register: Penyimpanan kecil dan cepat dalam CPU yang digunakan untuk menyimpan sementara data dan instruksi selama proses komputasi. 
• Memori cache: Mikroprosesor dan CPU menggunakan memori cache, bentuk memori berkecepatan tinggi yang terletak dekat dengan CPU, untuk menyimpan data yang sering diakses guna mempercepat kinerja. 
• Inti prosesor: Unit pemrosesan individual dalam mikroprosesor dikenal sebagai inti. Prosesor modern sering kali menggabungkan beberapa inti (dual-core, quad-core) yang memungkinkan pemrosesan paralel dengan memungkinkan pelaksanaan beberapa tugas secara bersamaan.   
• Modul I/O: Komponen I/O pada mikroprosesor berfungsi penting dalam mengelola aliran data masuk dan keluar dari CPU, termasuk menghubungkan dengan periferal tambahan seperti port Ethernet atau unit WiFi.

Jenis mikroprosesor dan contoh penggunaannya 

Mikroprosesor serbaguna digunakan dalam berbagai aplikasi, sedangkan unit khusus biasanya dipakai untuk tugas-tugas spesifik yang membutuhkan pemrosesan berdaya tinggi. Berdasarkan daya, kinerja, ukuran, konsumsi energi, dan berbagai aspek lainnya, berikut adalah beberapa jenis utama mikroprosesor:

• Mikroprosesor serbaguna: Mikroprosesor ini digunakan dalam berbagai aplikasi dan perangkat umum, seperti laptop dan server.
• Prosesor sinyal digital (DSP): DSP dirancang khusus untuk perhitungan numerik berkecepatan tinggi dan sering digunakan untuk tugas berat, seperti pemrosesan audio, telekomunikasi, dan pemrosesan gambar. DSP juga digunakan dalam aplikasi yang memerlukan konversi sinyal analog ke digital, seperti pada sensor cuaca. DSP umumnya digunakan dalam aplikasi militer seperti drone pengintai dan pesawat otonom lainnya.
• Sirkuit terintegrasi khusus aplikasi (ASIC): Mikroprosesor ASIC didesain untuk tugas-tugas spesifik dan disesuaikan untuk memenuhi permintaan spesifik dari berbagai aplikasi. Berikut adalah contoh mikroprosesor ASIC: chip khusus yang dirancang untuk konsol game dan penambangan mata uang kripto. DSP, GPU, dan jenis mikroprosesor khusus lainnya juga secara teknis merupakan ASIC.
• Unit pemrosesan grafis (GPU): GPU adalah mikroprosesor yang dirancang khusus untuk merender video dan grafik digital yang kompleks, membutuhkan kinerja tinggi dan kemampuan pemrosesan paralel. Sangat penting untuk game kelas atas, mikroprosesor GPU yang kuat juga biasanya digunakan dalam penambangan mata uang kripto dan dikenal memiliki konsumsi daya yang tinggi.
• Prosesor jaringan: Jenis mikroprosesor ASIC yang secara khusus dioptimalkan untuk memproses paket data jaringan yang paling sering digunakan pada sakelar telekomunikasi, router, dan perangkat keamanan jaringan.
• Koprosesor: Koprosesor, seperti unit floating-point (FPU), dirancang untuk memberikan dukungan tambahan bagi CPU utama sistem guna meningkatkan kinerja selama tugas-tugas berat tertentu, seperti melakukan perhitungan ilmiah tingkat lanjut atau rumus matematika yang rumit.

Mikrokontroler dan mikroprosesor mampu melakukan beberapa tugas yang sama. Namun, tergantung pada persyaratan aplikasi, masing-masing memiliki kekuatan dan kelemahan yang unik. Fitur-fitur terintegrasi dalam mikrokontroler, termasuk mode hemat daya, menjadikannya ideal untuk berbagai sistem tertanam yang membutuhkan konsumsi daya rendah.

Namun, untuk tugas yang membutuhkan perhitungan kompleks atau daya pemrosesan yang lebih tinggi, mikroprosesor adalah pilihan yang lebih baik. Peningkatan kinerja dan fleksibilitas ini, bagaimanapun, diimbangi oleh konsumsi daya yang lebih tinggi dan biaya yang lebih mahal. Fitur-fitur ini menjadikan mikroprosesor sebagai pilihan utama untuk komputer pribadi dan superkomputer industri.

Percepat bisnis Anda dan capai tujuan Anda bersama IBM. Layanan konsultasi bisnis dari IBM membantu memodernisasi aplikasi khusus untuk menyederhanakan operasi dan menurunkan biaya. Konsultasi teknologi dari IBM membantu mempercepat perolehan nilai dan menyederhanakan modernisasi teknologi penting dengan mengintegrasikan dan mengoperasionalkan teknologi baru ke dalam proses bisnis inti Anda.