وحدات التحكم الدقيقة (MCUs) ووحدات وحدات المعالجة الدقيقة (MPUs) هما نوعان من الدوائر المتكاملة التي على الرغم من تشابههما في بعض الأشياء، بيد أنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في العديد من الأشياء الأخرى. هذه المعالجات أحادية الشريحة كلاهما ذو قيمة كبيرة في مجال التطوير المستمر لتقنيات الحوسبة حيث تُستبدل وحدات المعالجة المركزية متعددة المكونات القديمة بوحدات منطقية منفصلة. إلا إن وحدات التحكم الدقيقة تختلف عن وحدات المعالجة الدقيقة اختلافًا كبيرًا في هيكل العناصر وتركيبة الشرائح وإمكانات الأداء والتطبيق.
الفرق الرئيسي بين هاتين الوحدتين هو أن وحدات التحكم الدقيقة تجمع بين جميع العناصر اللازمة لنظام الحواسيب الصغيرة على جزء واحد من الجهاز. ولا تتطلب وحدات التحكم الدقيقة أجهزة طرفية إضافية أو أنظمة تشغيل معقدة لتعمل، بينما تتطلب وحدات المعالجة الدقيقة ذلك. تحتوي كلتا الدائرتين على وحدات معالجة مركزية، بيد أن وحدات التحكم الدقيقة تدمج أيضًا الذاكرة وعناصر الإدخال/الإخراج (I/O) وغيرها من الأجهزة الطرفية المختلفة.
طُورت وحدات التحكم الدقيقة منخفضة الطاقة والميسورة التكلفة والصغيرة الحجم بحيث تؤدي جميع الوظائف على جهاز واحد. ونتيجة لذلك، تُستخدم هذه الوحدات بشكل أفضل في تطبيقات محددة مثل أنظمة المعلومات والترفيه في السيارات وأجهزة إنترنت الأشياء (IoT).
وعلى العكس من ذلك، عادةً ما تكون وحدات المعالجة الدقيقة المخصصة للأغراض العامة فائقة الإمكانات أكثر ومصممة بحيث تُزود بأجهزة متخصصة لتعزيز الأداء في التطبيقات التي يكثر عليها الطلب مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية ومعالجة الرسومات.
من حيث الأجهزة، تعتمد وحدات المعالجة الدقيقة على تركيبة فون نيومان "الكلاسيكية". وهي تتكون من وحدة معالجة مركزية مع كل من وحدة حسابية منطقية (ALU) وسجلات المعالج (مساحات صغيرة من تخزين الذاكرة السريع للوصول السريع إلى البيانات)، ووحدة تحكم، وذاكرة للبيانات والتعليمات، وذاكرة خارجية للتخزين كبير السعة، وآليات إدخال / إخراج. تستخدم هذه المنهجية مجموعة أسلاك التوصيل البيني (المعروفة باسم الناقل) نفسها لنقل التعليمات وإجراء العمليات. لا تتمكن وحدات المعالجة الدقيقة من تنفيذ هذه الإجراءات في وقت واحد، بيد أن الأجهزة الحديثة تستخدم تقنيات تخفيف مختلفة لتجنب الأعطال في تدفق البيانات.
من ناحية أخرى، تستخدم وحدات التحكم الدقيقة تركيبة هارفارد الأكثر تطورًا، والتي تحتوي على مجموعة واحدة مخصصة من ناقلات البيانات وناقلات العناوين لقراءة البيانات وتسجيلها في الذاكرة، ومجموعة أخرى لجمع تعليمات أداء العمليات. ونظرًا إلى أن وحدة المعالجة المركزية يمكنها قراءة التعليمات والوصول إلى ذاكرة البيانات في الوقت نفسه، يمكن لتركيبة هارفارد إجراء العمليات الأساسية بشكل أسرع.
تتميز تركيبة هارفارد في أداء مهام الحوسبة في الوقت الفعلي وبسرعة فائقة. ومع ذلك، فإن مساحة ذاكرة البيانات والتعليمات الموحدة في تركيبة فون نيومان المبسطة تؤدي إلى تعزيز الموثوقية وقابلية التوسع. ولهذا السبب، تُعد وحدات المعالجة الدقيقة ذات تركيبة فون نيومان أفضل في أداء المهام الأكثر تطلبًا مثل الحوسبة عالية الأداء (HPC) والألعاب، في حين تُستخدم وحدات التحكم الدقيقة عادةً للتعامل مع معالجة الإشارات السريعة.
بشكل أساسي، وحدة التحكم الدقيقة هي جهاز كمبيوتر صغير ذو شريحة واحدة، يحتوي على نواة (أو أنوية) معالج وذاكرة تشغيلية (RAM) وذاكرة قراءة فقط قابلة للبرمجة وللمحو إلكترونيًا (EEPROM) ضمن ذاكرة البرنامج. تعمل عمليات تكامل وحدات التحكم الدقيقة، المعززة بحيث تعمل كوحدات مستقلة، على تحسين عمليات معالجة الإشارات في الوقت الفعلي وتجعل هذه الوحدات المدمجة مثالية للتحكم في مهام أو وظائف محددة داخل الأنظمة المدمجة.
تُعد وحدات التحكم الدقيقة خفيفة الوزن وصغيرة الحجم ومن ثَمَّ فهي تحتاج إلى طاقة منخفضة نسبيًا مثالية للأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالبطاريات مثل الهواتف الذكية والساعات الذكية وغيرها من الأجهزة القابلة للارتداء. كما أنها مفضلة بين الهواة. يمكن تهيئة وحدات التحكم الدقيقة القابلة للبرمجة الخاصة بالمستهلكين، كتلك التي تصنعها شركة Arduino أو Raspberry Pi، بسهولة بلغات البرمجة مثل C وC++ وPython، والتي يشيع استخدامها عبر أنظمة التشغيل Windows وLinux وMacOS. في حين أنه يمكن حتى للمطورين المبتدئين استخدامها، تُستخدم وحدات التحكم الدقيقة في كثير من الأحيان في مجموعة واسعة من حالات الاستخدام المهنية والصناعية، بما في ذلك الأتمتة الصناعية وأنظمة سلامة النقل والنماذج الأولية.
استجابة لطلب شركة يابانية مصنعة للآلات الحاسبة بصنع شريحة مخصصة، يعود الفضل إلى مهندسي شركة Texas Instruments غاري بون ومايكل كوكران في صنع أول متحكم دقيق في عام 1971. ونتيجة لهذه الطفرة في مجال تقنيات الدوائر الكهربائية، شهدت السنوات التالية عددًا لا حصر له من عمليات التحسين والإصدارات من الشركات المصنعة مثل Intel وNXP وArm.
فيما يلي بعض الأنواع الأكثر شهرةً من وحدات التحكم الدقيقة:
وحدات المعالجة الدقيقة هي النوع السائد من معالجات الكمبيوتر، حيث تدمج جميع العناصر اللازمة لوحدة المعالجة المركزية في دائرة واحدة. تجمع وحدات المعالجة الدقيقة بين الوحدات الحسابية والمنطقية ووحدات التحكم لأنظمة وحدة المعالجة المركزية القديمة بأجهزة الكمبيوتر في جزء واحد متعدد الأغراض ومدعوم بالساعة وقائم على السجلات من الجهاز. يعمل هذا التصميم المتكامل على تعزيز الموثوقية عن طريق تقليل نقاط الفشل المحتملة. على الرغم من أن وحدات المعالجة الدقيقة لا تحتوي على ذاكرة برنامج للتخزين على الشريحة، إلا إنها معززة للاستخدام في الأغراض العامة الملحة ومصممة من أجل تقديم الدعم المتبادل بينها وبين الأجهزة الطرفية المتخصصة للكمبيوتر.
وحدات المعالجة الدقيقة الحديثة تجمع ملايين من أجهزة الترانزستور والمقاومات والصمامات الثنائية الصغيرة على مادة شبه موصلة لإنشاء العناصر الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية.
قد توجد وحدات المعالجة الدقيقة متعددة الاستخدامات في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بينما تُستخدم الوحدات المتخصصة بشكل شائع لأداء مهام محددة تتطلب قدرة معالجة فائقة. فيما يلي بعض الأنواع الرئيسية لوحدات المعالجة الدقيقة والتي تختلف من حيث القدرة والأداء والحجم واستهلاك الطاقة والعديد من الجوانب الأخرى:
وحدات التحكم الدقيقة ووحدات المعالجة الدقيقة قادرة على أداء بعض المهام نفسها. ومع ذلك، بناءً على متطلبات التطبيق، فإن لكل منهما مميزات وعيوب فريدة. المزايا المدمجة لوحدات التحكم الدقيقة، بما في ذلك أوضاع توفير الطاقة لتقليل استهلاك للطاقة، تجعلها مثالية لمعظم الأنظمة المدمجة.
إلا إنه في الظروف التي تتطلب حسابات معقدة أو قدرة معالجة أكبر، تُعد وحدات المعالجة الدقيقة خيارًا أفضل، ولكن الأداء والمرونة التي توفرهما يأتيان على حساب الاستهلاك الأعلى للطاقة والتكلفة الأعلى. هذه المزايا تجعل وحدات المعالجة الدقيقة خيارًا معتمدًا لأجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر الصناعية فائقة الإمكانات.
يمكنك تسريع وتيرة أعمالك وتحقيق أهدافك مع IBM. تساعد خدمات استشارات الأعمال التي تقدمها IBM على توفير تحديثات للتطبيقات المصممة لأغراض محددة والتي تعمل على تبسيط العمليات وخفض التكاليف. ومن خلال دمج التقنيات المتطورة وتشغيلها في عمليات الأعمال الأساسية لديك، تعمل استشارات التقنيات التي تقدمها IBM على تحسين السرعة بالنظر إلى القيمة وتسهيل عملية تحديث التقنيات المهمة.