BackgroundEdit
Die Ursprünge sowohl des Mikroprozessors als auch des Mikrocontrollers lassen sich auf die Erfindung des MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect Transistor), auch MOS-Transistor genannt, zurückführen. Es wurde 1959 von Mohamed M. Atalla und Dawon Kahng in den Bell Labs erfunden und erstmals 1960 demonstriert. Im selben Jahr schlug Atalla das Konzept der integrierten MOS-Schaltung vor, bei der es sich um einen integrierten Schaltungschip handelte, der aus MOSFETs hergestellt wurde. Bis 1964 hatten MOS-Chips eine höhere Transistordichte und niedrigere Herstellungskosten als bipolare Chips erreicht. MOS-Chips weiter in der Komplexität mit einer Rate von Moores Gesetz vorhergesagt erhöht, was zu Großintegration (LSI) mit Hunderten von Transistoren auf einem einzigen MOS-Chip von den späten 1960er Jahren. Die Anwendung von MOS-LSI-Chips auf Computing war die Grundlage für die ersten Mikroprozessoren, als Ingenieure begannen zu erkennen, dass ein kompletter Computerprozessor auf einem einzigen MOS-LSI-Chip enthalten sein könnte.Die ersten Multichip-Mikroprozessoren, die Vierphasensysteme AL1 im Jahr 1969 und der Garrett AiResearch MP944 im Jahr 1970, wurden mit mehreren MOS-LSI-Chips entwickelt. Der erste Single-Chip-Mikroprozessor war der Intel 4004, der 1971 auf einem einzigen MOS-LSI-Chip veröffentlicht wurde. Es wurde von Federico Faggin mit seiner Silicon-Gate-MOS-Technologie zusammen mit den Intel-Ingenieuren Marcian Hoff und Stan Mazor sowie dem Busicom-Ingenieur Masatoshi Shima entwickelt. Es folgten der 4-Bit Intel 4040, der 8-Bit Intel 8008 und der 8-Bit Intel 8080. Alle diese Prozessoren benötigten mehrere externe Chips, um ein funktionierendes System zu implementieren, einschließlich Speicher- und Peripherieschnittstellenchips. Infolgedessen betrugen die Gesamtsystemkosten mehrere hundert (US-Dollar der 1970er Jahre), was es unmöglich machte, kleine Geräte wirtschaftlich zu computerisieren. MOS-Technologie eingeführt Sub-$ 100 Mikroprozessoren, die 6501 und 6502, mit dem Hauptziel, dieses wirtschaftliche Hindernis zu adressieren, aber diese Mikroprozessoren benötigt noch externe Unterstützung, Speicher und Peripherie-Chips, die die Gesamtsystemkosten in den Hunderten von Dollar gehalten.
EntwicklungBearbeiten
Ein Buch schreibt den TI-Ingenieuren Gary Boone und Michael Cochran die erfolgreiche Entwicklung des ersten Mikrocontrollers im Jahr 1971 zu. Das Ergebnis ihrer Arbeit war der TMS 1000, der 1974 kommerziell erhältlich wurde. Es kombinierte Nur-Lese-Speicher, Lese- / Schreibspeicher, Prozessor und Takt auf einem Chip und war auf eingebettete Systeme ausgerichtet.In den frühen bis mittleren 1970er Jahren begannen japanische Elektronikhersteller mit der Produktion von Mikrocontrollern für Automobile, darunter 4-Bit-MCUs für die Unterhaltung im Auto, automatische Scheibenwischer, elektronische Schlösser und Armaturenbrett sowie 8-Bit-MCUs für die Motorsteuerung.Teilweise als Reaktion auf die Existenz des Single-Chip-TMS 1000 entwickelte Intel ein für Steuerungsanwendungen optimiertes Computersystem auf einem Chip, den Intel 8048, dessen kommerzielle Teile erstmals 1977 ausgeliefert wurden. Es kombinierte RAM und ROM auf demselben Chip mit einem Mikroprozessor. Unter zahlreichen Anwendungen würde dieser Chip schließlich seinen Weg in über eine Milliarde PC-Tastaturen finden. Zu dieser Zeit erklärte Intels Präsident Luke J. Valenter, dass der Mikrocontroller eines der erfolgreichsten Produkte in der Unternehmensgeschichte sei, und er erweiterte das Budget der Mikrocontroller-Division um über 25%.
Die meisten Mikrocontroller hatten zu dieser Zeit gleichzeitige Varianten. Einer hatte einen EPROM-Programmspeicher mit einem transparenten Quarzfenster im Deckel der Verpackung, damit er durch Einwirkung von ultraviolettem Licht gelöscht werden konnte. Diese löschbaren Chips wurden häufig für das Prototyping verwendet. Die andere Variante war entweder ein maskenprogrammiertes ROM oder eine PROM-Variante, die nur einmal programmierbar war. Für letztere wurde manchmal die Bezeichnung OTP verwendet, die für „einmalig programmierbar“ steht. In einem OTP-Mikrocontroller war das PROM normalerweise vom gleichen Typ wie das EPROM, aber das Chippaket hatte kein Quarzfenster; Da es keine Möglichkeit gab, das EPROM ultraviolettem Licht auszusetzen, konnte es nicht gelöscht werden. Da die löschbaren Versionen Keramikverpackungen mit Quarzfenstern benötigten, waren sie deutlich teurer als die OTP-Versionen, die in kostengünstigeren opaken Kunststoffverpackungen hergestellt werden konnten. Für die löschbaren Varianten, Quarz wurde benötigt, anstelle von weniger teurem Glas, für seine Transparenz gegenüber ultraviolettem Licht — zu dem Glas weitgehend undurchsichtig ist — aber das Hauptkostenunterscheidungsmerkmal war das Keramikgehäuse selbst.Im Jahr 1993 ermöglichte die Einführung des EEPROM-Speichers, dass Mikrocontroller (beginnend mit dem Mikrochip PIC16C84) schnell und ohne ein teures Paket, wie es für EPROM erforderlich ist, elektrisch gelöscht werden konnten, was sowohl Rapid Prototyping als auch In-System-Programmierung ermöglichte. (EEPROM-Technologie war vor dieser Zeit verfügbar gewesen, aber das frühere EEPROM war teurer und weniger haltbar, so dass es für kostengünstige massenproduzierte Mikrocontroller ungeeignet war.) Im selben Jahr führte Atmel den ersten Mikrocontroller mit Flash-Speicher ein, einer speziellen Art von EEPROM. Andere Unternehmen folgten schnell, mit beiden Speichertypen.
Heutzutage sind Mikrocontroller billig und für Hobbyisten leicht verfügbar, mit großen Online-Communities rund um bestimmte Prozessoren.
Volumen und Kosten
Im Jahr 2002 waren etwa 55% aller weltweit verkauften CPUs 8-Bit-Mikrocontroller und Mikroprozessoren.1997 wurden über zwei Milliarden 8-Bit-Mikrocontroller verkauft, und laut Semico wurden 2006 über vier Milliarden 8-Bit-Mikrocontroller verkauft. In jüngerer Zeit hat Semico behauptet, der MCU-Markt sei 2010 um 36,5% und 2011 um 12% gewachsen.Ein typisches Haus in einem entwickelten Land hat wahrscheinlich nur vier Allzweck-Mikroprozessoren, aber etwa drei Dutzend Mikrocontroller. Ein typisches Mittelklasse-Automobil hat etwa 30 Mikrocontroller. Sie können auch in vielen elektrischen Geräten wie Waschmaschinen, Mikrowellenherden und Telefonen gefunden werden.
Historisch, die 8-bit segment hat dominiert die MCU markt 16-bit mikrocontroller wurde die größte volumen MCU kategorie in 2011, überholen 8-bit geräte für die erste zeit, dass jahr IC Insights glaubt die make-up der MCU markt wird unterziehen erhebliche änderungen in die nächsten fünf jahre mit 32-bit geräte stetig greifen einen größeren anteil von verkäufe und einheit volumen. Bis 2017 werden 32-Bit-MCUs voraussichtlich 55% des Mikrocontroller-Umsatzes in Bezug auf die Stückzahlen ausmachen, 32-Bit-MCUs werden voraussichtlich 38% der Mikrocontroller-Lieferungen im Jahr 2017 ausmachen, während 16-Bit-Geräte 34% der Gesamtmenge ausmachen werden, und 4-/8- bit-Designs werden voraussichtlich 28% der in diesem Jahr verkauften Einheiten ausmachen.Es wird erwartet, dass der 32-Bit-MCU-Markt aufgrund der steigenden Nachfrage nach höherer Präzision in eingebetteten Verarbeitungssystemen und der zunehmenden Konnektivität über das Internet schnell wachsen wird. In den nächsten Jahren werden komplexe 32-Bit-MCUs voraussichtlich über 25% der Rechenleistung in Fahrzeugen ausmachen.
— IC Insights, MCU-Markt auf Migrationspfad zu 32-Bit- und ARM-basierten Geräten
Die Herstellungskosten können unter 0,10 USD pro Einheit liegen.Die Kosten sind im Laufe der Zeit gesunken, wobei die billigsten 8-Bit-Mikrocontroller für unter 0.03 USD in 2018 und einige 32-Bit-Mikrocontroller für ähnliche Mengen um US $ 1 verfügbar sind.
Im Jahr 2012, nach einer globalen Krise – einem schlimmsten jährlichen Umsatzrückgang und Erholung und einem durchschnittlichen Verkaufspreis von 17% gegenüber dem Vorjahr – der größte Rückgang seit den 1980er Jahren – lag der Durchschnittspreis für einen Mikrocontroller bei 0,88 US-Dollar (0,69 US-Dollar für 4-/8- bit, $ 0.59 für 16-Bit, $ 1.76 für 32-bit).
Im Jahr 2012 lag der weltweite Umsatz mit 8-Bit-Mikrocontrollern bei rund 4 Milliarden US-Dollar, während 4-Bit-Mikrocontroller ebenfalls erhebliche Umsätze erzielten.
Im Jahr 2015 konnten 8-Bit-Mikrocontroller für 0,311 USD (1.000 Einheiten), 16-Bit für 0,385 USD (1.000 Einheiten) und 32-Bit für 0,378 USD (1.000 Einheiten) gekauft werden, jedoch für 0 USD.35 für 5.000).
Im Jahr 2018 können 8-Bit-Mikrocontroller für 0,03 US-Dollar, 16-Bit für 0,393 US-Dollar (1.000 Einheiten, aber für 0,563 US-Dollar für 100 oder 0,349 US-Dollar für volle 2.000 Einheiten) und 32-Bit für 0,503 US-Dollar (1.000 Einheiten, aber für 0,466 US-Dollar für 5.000) gekauft werden. Ein günstigerer 32-Bit-Mikrocontroller in Einheiten von einem kann für 0,891 US-Dollar erworben werden.
Im Jahr 2018 sind die günstigen Mikrocontroller oben von 2015 alle teurer (mit Inflation zwischen 2018 und 2015 Preise für diese spezifischen Einheiten berechnet) bei: Der 8-Bit-Mikrocontroller kann für $ 0,319 (1.000 Einheiten) oder 2,6% höher, der 16-Bit für $ 0 gekauft werden.464 (1.000 Einheiten) oder 21% höher, und die 32-Bit für $ 0,503 (1.000 Einheiten, aber bei $ 0,466 für 5.000) oder 33% höher.
Kleinster Computerbearbeiten
Am 21.Juni 2018 wurde der „kleinste Computer der Welt“ von der Universität von Michigan. Das Gerät ist ein „0.04mm3 16nW drahtloses und batterieloses Sensorsystem mit integriertem Cortex-M0 + Prozessor und optischer Kommunikation zur zellulären Temperaturmessung.“ Es „misst nur 0.3 mm zur Seite – von einem Reiskorn in den Schatten gestellt. Neben dem RAM und der Photovoltaik verfügen die neuen Computergeräte über Prozessoren sowie drahtlose Sender und Empfänger. Da sie für herkömmliche Funkantennen zu klein sind, empfangen und senden sie Daten mit sichtbarem Licht. Eine Basisstation liefert Licht für Strom und Programmierung und empfängt die Daten.“ Das Gerät ist 1/10 so groß wie IBMs zuvor beanspruchter Weltrekordcomputer von Monaten im März 2018, der „kleiner als ein Salzkorn“ ist, eine Million Transistoren hat und weniger als 0 US-Dollar kostet.10 herzustellen und ist in Kombination mit der Blockchain-Technologie für Logistik— und „Krypto-Anker“ -Anwendungen für digitale Fingerabdrücke – vorgesehen.