taustatietoa
sekä mikroprosessorin että mikrokontrollerin alkuperä voidaan jäljittää MOSFETin (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) keksintöön, joka tunnetaan myös nimellä MOS-transistori. Sen keksivät Mohamed M. Atalla ja Dawon Kahng Bell Labsissa vuonna 1959, ja se esiteltiin ensimmäisen kerran vuonna 1960. Samana vuonna Atalla ehdotti konseptia Mos-mikropiiristä, joka oli mosfeteistä valmistettu mikropiirisiru. Vuoteen 1964 mennessä MOS-sirut olivat saavuttaneet suuremman transistoritiheyden ja alhaisemmat valmistuskustannukset kuin bipolaariset sirut. Mos-sirujen monimutkaisuus kasvoi edelleen Mooren lain ennustamalla nopeudella, mikä johti laajamittaiseen integraatioon (LSI), jossa oli satoja transistoreja yhdellä MOS-sirulla 1960-luvun lopulla. Mos LSI-sirujen soveltaminen laskentaan oli perusta ensimmäisille mikroprosessoreille, koska insinöörit alkoivat ymmärtää, että täydellinen tietokoneen prosessori voitiin sisällyttää yhteen Mos LSI-siruun.
ensimmäiset monisirumikroprosessorit, Nelivaiheiset järjestelmät AL1 vuonna 1969 ja Garrett AiResearch MP944 vuonna 1970, kehitettiin useilla MOS LSI-siruilla. Ensimmäinen yksisiruinen mikroprosessori oli Intel 4004, joka julkaistiin yhdellä MOS LSI-sirulla vuonna 1971. Sen kehitti Federico Faggin silicon-gate Mos-teknologiallaan yhdessä Intelin insinöörien Marcian Hoffin ja Stan Mazorin sekä Busicom-insinööri Masatoshi Shiman kanssa. Sitä seurasivat 4-bittinen Intel 4040, 8-bittinen Intel 8008 ja 8-bittinen Intel 8080. Kaikki nämä suorittimet vaativat useita ulkoisia piirejä toteuttaakseen toimivan järjestelmän, mukaan lukien muisti-ja oheisliittymäsirut. Tämän seurauksena järjestelmän kokonaiskustannukset olivat useita satoja (1970-luvun Yhdysvaltain) dollareita, joten pienten laitteiden tietokoneistaminen taloudellisesti oli mahdotonta. MOS Technology esitteli sub – $100 mikroprosessorit, 6501 ja 6502, päätavoitteenaan puuttua tähän taloudelliseen esteeseen, mutta nämä mikroprosessorit vaativat silti ulkoista tukea, muistia ja oheispiirejä, jotka pitivät järjestelmän kokonaiskustannukset sadoissa dollareissa.
DevelopmentEdit
yksi kirja kertoo TI: n insinöörien Gary Boonen ja Michael Cochranin onnistuneen ensimmäisen mikrokontrollerin luomisen vuonna 1971. Heidän työnsä tuloksena syntyi tms 1000, joka tuli kaupalliseen käyttöön vuonna 1974. Se yhdisti vain lukumuistin, luku – /kirjoitusmuistin, prosessorin ja kellon yhdellä sirulla ja oli suunnattu sulautettuihin järjestelmiin.
1970-luvun alussa ja puolivälissä japanilaiset elektroniikkavalmistajat alkoivat valmistaa mikrokontrollereita autoihin, mukaan lukien 4-bittiset MCU: t autojen viihdekäyttöön, automaattiset pyyhkimet, elektroniset lukot ja kojelauta sekä 8-bittiset MCU: t moottorinohjaukseen.
osittain vastauksena yksisiruisen TMS 1000: n olemassaoloon Intel kehitti sirulle ohjaussovelluksiin optimoidun tietokonejärjestelmän, Intel 8048: n, jonka kaupalliset osat toimitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1977. Se yhdisti RAM-muistia ja ROM-muistia samalla sirulla mikroprosessorin kanssa. Lukuisista sovelluksista tämä siru löytäisi lopulta tiensä yli miljardiin PC-näppäimistöön. Tuolloin Intelin johtaja Luke J. Valenter totesi mikrokontrollerin olevan yksi yhtiön historian menestyneimmistä tuotteista, ja hän laajensi mikrokontrolleriosaston budjettia yli 25%.
useimmilla mikrokontrollereilla oli tällä hetkellä samanaikaisia variantteja. Toisessa oli EPROM – ohjelmamuisti, jonka pakkauksen kannessa oli läpinäkyvä kvartsi-ikkuna, jonka avulla se voitiin poistaa altistamalla ultraviolettivalolle. Näitä pyyhittäviä siruja käytettiin usein prototyyppien tekoon. Toinen muunnelma oli joko maskiohjelmoitu ROM tai PROM-muunnelma, joka oli ohjelmoitavissa vain kerran. Jälkimmäisestä käytettiin joskus nimitystä OTP, joka tarkoittaa ”kertaluonteista ohjelmoitavaa”. OTP-mikrokontrollerissa PROM oli yleensä samantyyppinen kuin EPROM, mutta sirupaketissa ei ollut kvartsi-ikkunaa; koska EPROMIA ei voitu altistaa ultraviolettivalolle, sitä ei voitu poistaa. Koska pyyhittävät versiot vaativat keraamisia paketteja, joissa oli kvartsi-ikkunat, ne olivat huomattavasti kalliimpia kuin OTP-versiot, jotka voitiin tehdä halvemmissa läpinäkymättömissä muovipakkauksissa. Pyyhittävissä muunnoksissa kvartsia tarvittiin halvemman lasin sijaan sen läpinäkyvyyteen ultraviolettivalolle—johon lasi on suurelta osin läpinäkymätöntä—mutta tärkein kustannustekijä oli itse keraaminen paketti.
vuonna 1993 EEPROM-muistin käyttöönotto mahdollisti mikrokontrollereiden (alkaen mikrosiru PIC16C84: stä) poistamisen sähköisesti nopeasti ilman EPROMIN vaatimaa kallista pakettia, mikä mahdollisti sekä nopean prototyyppauksen että järjestelmän sisäisen ohjelmoinnin. (EEPROM-tekniikka oli ollut saatavilla ennen tätä aikaa, mutta aikaisempi eeprom oli kalliimpi ja vähemmän kestävä, mikä teki siitä sopimattoman edullisille massatuotetuille mikrokontrollereille.) Samana vuonna Atmel esitteli ensimmäisen mikrokontrollerin, joka käytti Flash-muistia, erityistä EEPROM-tyyppiä. Muut yritykset seurasivat nopeasti perässä, molemmilla muistityypeillä.
nykyään mikrokontrollerit ovat halpoja ja helposti harrastajien saatavilla, sillä tiettyjen suorittimien ympärillä on suuria verkkoyhteisöjä.
Volume ja costEdit
vuonna 2002 noin 55% kaikista maailmassa myydyistä suorittimista oli 8-bittisiä mikrokontrollereita ja mikroprosessoreita.
vuonna 1997 myytiin yli kaksi miljardia 8-bittistä mikrokontrolleria ja Semicon mukaan yli neljä miljardia 8-bittistä mikrokontrolleria vuonna 2006. Viime aikoina Semico on väittänyt MCU-markkinoiden kasvaneen 36,5% vuonna 2010 ja 12% vuonna 2011.
tyypillisessä kehittyneen maan kodissa on todennäköisesti vain neljä yleiskäyttöistä mikroprosessoria, mutta noin kolmisen tusinaa mikrokontrolleria. Tyypillisessä keskihintaisessa autossa on noin 30 mikrokontrolleria. Niitä löytyy myös monista sähkölaitteista, kuten pesukoneista, mikroaaltouuneista ja puhelimista.
historiallisesti 8-bittinen segmentti on hallinnut MCU-markkinoita 16-bittisistä mikrokontrollereista tuli suurin määrä MCU-Luokka Vuonna 2011, ohittaen 8-bittiset laitteet ensimmäistä kertaa samana vuonna IC Insights uskoo, että MCU-markkinoiden rakenne muuttuu merkittävästi seuraavien viiden vuoden aikana 32-bittisten laitteiden kahmiessa tasaisesti suuremman osuuden myynnistä ja yksikkömääristä. Vuoteen 2017 mennessä 32-bittisten MCU: iden odotetaan vastaavan 55 prosentista mikrokontrollereiden myynnistä yksikkömäärinä mitattuna, 32-bittisten MCU: iden odotetaan vastaavan 38 prosentista mikrokontrollerien toimituksista vuonna 2017, kun taas 16-bittisten laitteiden osuus on 34 prosenttia kokonaismäärästä, ja 4-/8-bittimallien ennustetaan olevan 28% kyseisenä vuonna myydyistä yksiköistä.32-bittisten MCU-markkinoiden odotetaan kasvavan nopeasti sulautettujen prosessointijärjestelmien paremman tarkkuuden kysynnän ja internetiä käyttävien yhteyksien kasvun vuoksi. Monimutkaisten 32-bittisten MCU: iden odotetaan lähivuosina tuottavan yli 25 prosenttia ajoneuvojen käsittelytehosta.
— IC Insights, MCU Market on Migration Path to 32-bit and ARM-based Devices
valmistuskustannukset voivat olla alle 0,10 dollaria kappaleelta.
kustannukset ovat romahtaneet ajan myötä, halvimmat 8-bittiset mikrokontrollerit ovat saatavilla alle 0,03 dollarilla vuonna 2018, ja jotkut 32-bittiset mikrokontrollerit noin US$1 vastaavilla määrillä.
vuonna 2012 maailmanlaajuisen kriisin jälkeen-kaikkien aikojen pahin vuotuinen myynnin lasku ja elpyminen ja keskimääräinen myyntihinta vuoden yli-syöksy 17% – suurin lasku sitten 1980-luvun-mikrokontrollerin keskihinta oli us$0.88 ($0.69 4-/8-bit, $0.59 16-bittiselle, $1.76 32-bittiselle).
vuonna 2012 8-bittisten mikrokontrollereiden maailmanlaajuinen myynti oli noin 4 miljardia dollaria, kun myös 4-bittisten mikrokontrollereiden myynti oli merkittävää.
vuonna 2015 8-bittisiä mikrokontrollereita saattoi ostaa 0,311 dollarilla (1 000 yksikköä), 16-bittisiä 0,385 dollarilla (1 000 yksikköä) ja 32-bittisiä 0,378 dollarilla (1 000 yksikköä, mutta 0 dollarilla.35/5 000).
vuonna 2018 8-bittisiä mikrokontrollereita voi ostaa 0,03 dollarilla, 16-bittisiä 0,393 dollarilla (1 000 yksikköä, mutta 0,563 dollaria 100: lla tai 0,349 dollaria 2 000: n täydellä kelalla) ja 32-bittisiä 0,503 dollarilla (1 000 yksikköä, mutta 0,466 dollaria 5 000: lla). Halvemmalla 32-bittinen Mikrokontrolleri, yksiköissä yksi, voi olla $0.891.
vuonna 2018 vuoden 2015 yllä olevat edulliset mikrokontrollerit ovat kaikki kalliimpia (inflaatio laskettuna vuosien 2018 ja 2015 välillä hintoina kyseisille yksiköille): 8-bittistä mikrokontrolleria voi ostaa 0,319 dollarilla (1 000 yksikköä) tai 2,6% korkeammalla, 16-bittistä 0 dollarilla.464 (1000 yksikköä) tai 21% suurempi, ja 32-bittinen yksi $0.503 (1,000 yksikköä, mutta 0.466 $5,000) tai 33% suurempi.
pienin tietokoneredit
21.kesäkuuta 2018 Michiganin yliopisto julkisti ”maailman pienimmän tietokoneen”. Laite on ” 0. 04mm3 16nw langaton ja akuton anturijärjestelmä integroidulla Cortex-M0+ – prosessorilla ja optisella kommunikaatiolla solujen lämpötilan mittaamiseen.”Se” mittaa vain 0.3 mm sivuun-riisinjyvän kääpiömäinen. Uusissa tietokonelaitteissa on RAM-muistin ja aurinkosähkön lisäksi prosessorit sekä langattomat lähettimet ja vastaanottimet. Koska ne ovat liian pieniä tavanomaisille radioantenneille, ne vastaanottavat ja lähettävät dataa näkyvällä valolla. Tukiasema antaa valoa virralle ja ohjelmoinnille, ja se vastaanottaa datan.”Laite on 1/10th koko IBM: n aiemmin väitetty maailmanennätys kokoinen tietokone kuukausia sitten maaliskuussa 2018, joka on ”pienempi kuin jyvän suolaa”, on miljoona transistorit, maksaa alle $0.10 valmistaa, ja yhdistettynä blockchain teknologia, on tarkoitettu logistiikkaan ja”crypto-ankkurit” —digitaalinen sormenjälki sovelluksia.