スキップしてメイン コンテンツに移動

CPU,MPU,MCU

一口にコンピューター といっても いろいろな分類があります. 
特に技術的な時代背景を蓄積した技術用語が多いので,平成一歩手前世代としては結構まごつくところです.
 これらの用語は検索すればわかる時代 なので,調べながら分類してみた.

  <マイコン>



 最初はMy Computer 次は Micro-Controller と移り変わります.  1970~80年代の,まだコンピュータ様が大きな部屋でエアコンフル稼働で事務処理していた時代に. ホビーユース向けコンピュータの呼称だったものです. よく考えたらファミリーコンピュータもそんなカテゴリだったんだなあ,と. 
 現代ではコンピュータ様の地位もかなり下がって, 万人が常時ポケットに入れるほど偏在しだしたため,マイコンの地位も当然格下げです. 代替品としての用語の意味は消失,代わりに初期MPU,MCUの領域になりました. 「アーキテクチャとしてのコンピュータに付き合うホビー」は もはやフラッシュマイコン独走の時代です.  
 マイコンとMCUの用語の区別に口酸っぱくなったころが私にもありましたが,上記の考え方で捉えると, どっちでもいいのかなという雰囲気になります.  なんといっても最初のマイコン世代の方々がまだ現役です.

  




CPUは中央処理装置の名の通り, 計算処理を行う中核部品群の総称です.決してひとつの部品を指しているわけではないのです.  昔の真空管,トランジスタの塊を想像すると,今のプロセッサに当たるブロックが部屋を占拠していたわけで,いかにも威厳があります.
 CPUと呼ばれる製品,MPUと呼ばれる製品の違いと言われたら,今の普及製品では区別出来ません. Core2Duoなど、すべてのデスクトップコンピュータの演算装置は,MPUの延長線上にあるプロセッサです。
 ということで,CPUとは機能に対しての比重が大きい用語です.  バカでかい(複雑な)システムで使われるという意味も含めて. 

 そうした部屋を占拠する旧来のCPUに代わって,電卓のような小型システムに組み込むために、ワンチップ化を目指し始めたのが、CPUに対しての命名であろう、MPUです.

 MPUはMicro Processing Unit マイクロプロセッサ と呼ばれて,真空管やトランジスタ時代の最盛期に,ビジコンとIntel社が手がけた4004という汎用プロセッサがはじまりとして有名です, が 実は同時期にいくつかあったのですね.  インターネットは冷戦から生まれ,マイクロプロセッサは電卓戦争の産物・・・ 進化圧力のすさまじさ.
 これらがリリースされたのは1980年前後. マイコンと呼ばれるホビー向けコンピュータは, この時期出てきたZ80といったMPUを使用していました.  MPUがどんどん集積され,高性能化したもの・・・ 今向き合っているパソコンの中身ですね.

 MPUとMCUの違いは諸説あるようですが, これらの違いは,現在のところ規模と内蔵機能で分類されています.


 MCUは,MPUのカテゴリから組み込み向け制御装置として特化したものです. MPUとの決別はどこかといえば,はじめのMPUがメモリや外部入出力を外付けで必要とし,今も必要としているのに対し, MCUではすべて内蔵されているという点です.    
 呼称としての区別が決定的になったのは, チップ単体でプログラムできるようになったことと,フラッシュメモリ搭載により,プログラムをなんども書き込めるようになったあたりではないかと推測します. 低コストと省スペースを求める組み込み業界にはなくてはならない機能です.

 MPUが最初メモリを外付けにしたのは, プログラムを格納するメモリが高価な部品として存在感を持っていたこと(紫外線消去式EEPROMとか),大容量フラッシュメモリのようなデバイスも無かったからです. 
 その後,MPUが走らせるプログラムが肥大化し,主記憶として従来からの磁気メディアが使われたことで, MPUさんはプログラムをワンチップに収める要求も実現性もなく,その後長らくMPUのまま, 大規模化によってCPUの地位を奪い去り,現在に至っています.
 対してMCUは,そんなに大きなメモリが必要なわけではないため,最小限の機能を集積することで,独自進化を遂げました. 
 フラッシュメモリが登場し,外付けで必要だった部品はすべてワンチップ化することができるようになったためです.
 処理によっては,外にDRAMやSRAMを拡張することや,OSを外部メディアから起動することもできますが,基本的なプログラムは本体に収まっています. ICの足は入出力ポートです. 最近はプログラマブル化が進んでいて,どのピンをどう使うかも記述できて便利です. やはりワンチップでコンピュータとして動作する点が,MCUたる所以だと思います.

 今後これらの区別はどうなってゆくのか. まずCPUという言葉は普及しましたが,内容が移り変わっています。

 マルチコア時代になっても、とりあえずCPUはCPUでしょう。 
 MPUはなぜかCPUに押されて存在感がありません. これからも無いでしょうね. 正式名称なのに・・・.  
MCUは・・・ まあそのままでしょう.  
 もはや用語の用法すら,技術者ごとに離散しつつある気がします. トラ技とか読んでると特に.    
  長くなりましたが,やっぱりCPU,MPU,MCU といった単語を単に技術的要素で使い分けようとするといろいろと不都合が出てくるんじゃないかな という次第でした.
   言葉と意味のリンク切れが, 成長著しい半導体産業では顕著なのではないかなーと,ぼんやり. 
  
2010/04/24書き直し
 

Popular posts

【サボテン】太陽電池の結線

 久しぶりにサボテン計画。 忙しかったり投薬治療直前でだるかったりして、かなり放置していた。 さぼてんも不機嫌そうだ。 せっかくなので、園芸用の水受けに移す。  関節痛で寝込んでる間に、エイプリルフール終わってましたね^^・・・。  太陽電池の展開機構を想像したが、まずは太陽電池の結線を済ませよう。  配線を綺麗にまとめたくていろいろ探していたら、千石電商でぴったりなものを見つけた。 LEDリング基板 というらしい http://www.led-paradise.com/product/629?  本来はチップLEDをリング状にまとめる代物。 イレギュラーな使い道だ。   今度は小径のを買って、GX200のリングライトに仕立て上げよう。   嬉しいことにフレーム径にジャストフィット。 配線を綺麗にまとめられた。   太陽電池の接続部。逆流防止用にショットキーダイオードを入れている。 かなりスッキリ。 蛍光灯下 500ルクスでの実験。 EDLCは10Fを使用。  ちゃんと充電が行われている。 といっても、とてもとてもゆっくりとだけれど・・・。

Arduino Nano Everyを試す

 秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って…  と気が付いたら10年が経過していた。  ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30mA程度しか消費しない。  動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。 そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。     Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery  そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。  他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero(生産終了済み)ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。  Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。   https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html  もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション(328Pモード)がある。 公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。  ボードを観察してみると、プログラマ・USBCDCとしてATSAMD21が搭載されている(中央の四角いQFNパッケージ)MCU的にはnEDBG

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた。  小さいパッケージなのに、UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ。 登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2  にも採用されるらしい。  簡単にデータシートを眺めてみると、アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。  CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令(DESやUSBで使われる命令)が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。  コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。  CPU周りを見てみると、割り込みレベルなど、今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた。 ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている。 データシート P6  DMAは無いけれど、周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる。  できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。 ピックアップした特徴 ・データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ・RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ・デバッグ専用の端子 UPDIを搭載 ・優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ・ピン単位の割り込み(かなり複雑になった) ・リセットコントローラ(ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった) ・豊富な16ビットタイマ(4809では5基) ・16ビット リアルタイムカウンタ(RTC) ・豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch、SPI 1ch,TWI 1ch) ・内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ ・ADCは10bit 16ch ・内蔵VREF電圧が5種類と多い(0.55V,1.1V,1.5V.2.5V.4.3V

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた。 1575MHzの波長は約19cmなので、半波長で9.5cmとなる。 GHz帯とはいえ、結構長いものだなぁ。 セラミック等の誘電体がなければ、平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう。 普通のダイポールだと指向性があるので、交差させてクロスダイポールにする。 屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの。 水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して、42.3mmで90°に曲げる。 長さの同じ素子同士を並べて配置する。 (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線、もう片方をGNDにつなげば完成。 実際5分くらいでつくったけれど、果たしてどうだろうか。 今回は、道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた。 アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで、 LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物。 最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい。 さて・・・ クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と、QZ-Rader画面 東側に建物遮蔽があるので、そちら側の衛星はSNが悪い。 とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった。 アンテナの角度をいろいろ振って、逆さまにしてもロストすることはなかった。 セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな・・・。 簡単にできてそれなりに測位するけれど、携帯性は皆無になった。 あと、近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない。 GPSアンテナのDIY例としては、QFHアンテナもある。 ラジオゾンデなどで使われている例がある。 いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので、今回はクロスダイポールにした。 GNSSとなると、複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う。 セラミックパッチア