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» 2018年04月27日 09時30分 公開

Q&Aで学ぶマイコン講座(41):マイコンはビット数で何がどう違うのか? (3/4)

[菅井賢(STマイクロエレクトロニクス),EDN Japan]

ビット数だけではない性能の差

 演算できるビット数以外にも、性能の差が生じます。まず、大きい数を扱えるので、その分内蔵メモリ(フラッシュメモリ、RAMなど)を大きくしなければなりません。また、高性能が要求されるということは、動作速度を速くする必要があります。

 表1(a)に市場に出回っている代表的なマイコンの動作周波数とメモリ(フラッシュメモリとRAM)をカタログから拾い出し、まとめてみました。ここで挙げたマイコンは代表的なマイコンの仕様ですので、実際は、この表の記載以外の仕様のマイコンも実在します。あくまで参考情報として見てください。表1(b)にSTマイクロエレクトロニクスのマイコンをまとめました。「Arm Cortex-M」は全て32ビットCPUなので、Arm Cortex-M を搭載するマイコンに16ビットマイコンは存在しません。しかし、Arm Cortex-M0および同M0+は、16ビットマイコン相当のCPUというコンセプトで開発されているため、16ビット相当のマイコンとしてCortex-M0/M0+搭載マイコンを挙げています。また、Arm Cortex-M7はアーキテクチャがプロセッサと同じスーパースカラ方式なので、欄を分けました。

表1:8ビット、16ビット、32ビットマイコンの比較(クリックで拡大)

 表1(a)や(b)に示すように比べてみると、メモリ容量と動作周波数は8ビット→16ビット→32ビットマイコンの順で、大きく、速くなるのが分かります。

実際の用途

 8ビット、16ビット、32ビットマイコンそれぞれの具体的な用途をみてみましょう。なお、車載用マイコンは特殊なので、本記事の対象から外しています。また、マイコンに搭載されている周辺機能も、マイコンの用途に影響しますが、本記事ではCPUのビット数だけに着目しています。周辺機能別のマイコンの用途は「Q&Aで学ぶマイコン講座(13):マイコンの選び方」をご覧ください。

 CPUのビット数に依存する性能で分けて考えると、基本的に次のような使われ方をします。

 信号や情報を出すだけの制御(LED、液晶ディスプレイ(LCD)表示、LED輝度調整、赤外線出力)や取り込むだけの制御(ボタン入力、温度測定、電圧・電流測定など)は、それほど高速な演算を必要とないため、ほとんどの場合は8ビットマイコンの性能で十分です。センサーや電圧/電流検知などからのフィードバック制御が必要な場合、検知した情報を素早く演算処理する必要がありますので、16ビットマイコンや32ビットマイコンが必要になります。

 信号や情報の出力だけの制御でも、音楽データ、動画データなどの大量のデータを処理する場合は高速処理が必要なため、32ビットマイコンが必要になります。IoT(モノのインターネット)機器には、高速演算が必要なので32ビットマイコンが使われます。1度に、複数のタスク(仕事)を行う場合も高機能が必要で、タスクの処理数によって16ビットマイコンか32ビットマイコンが選ばれます。

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