BackgroundEdit
początki zarówno mikroprocesora, jak i mikrokontrolera sięgają wynalezienia tranzystora MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), znanego również jako tranzystor MOS. Został wynaleziony przez Mohameda M. Atallę i Dawona Kahnga w Bell Labs w 1959 roku, a po raz pierwszy zademonstrowany w 1960 roku. W tym samym roku Atalla zaproponował koncepcję układu scalonego MOS, który był układem scalonym wyprodukowanym z Mosfetów. Do 1964 r. układy MOS osiągnęły wyższą gęstość tranzystorów i niższe koszty produkcji niż układy bipolarne. Układy MOS dodatkowo zwiększyły złożoność w tempie przewidzianym przez Prawo Moore ’ a, co doprowadziło do integracji na dużą skalę (LSI) z setkami tranzystorów na pojedynczym układzie MOS pod koniec lat 60. XX wieku.zastosowanie układów MOS LSI do obliczeń było podstawą pierwszych mikroprocesorów, ponieważ inżynierowie zaczęli dostrzegać, że kompletny procesor komputerowy może być zawarty na pojedynczym układzie MOS LSI.
pierwsze wieloukładowe mikroprocesory, Czterofazowe Systemy AL1 w 1969 i Garrett AiResearch MP944 w 1970, zostały opracowane z wieloma układami MOS LSI. Pierwszym mikroprocesorem jednoprocesorowym był Intel 4004, wydany na pojedynczym układzie MOS LSI w 1971 roku. Został opracowany przez Federico Faggina, przy użyciu jego technologii silicon-gate MOS, wraz z inżynierami Intela Marcianem Hoffem i stanem Mazorem oraz inżynierem Busicom Masatoshim Shimą. Po nim pojawiły się 4-bitowe Intel 4040, 8-bitowe Intel 8008 i 8-bitowe Intel 8080. Wszystkie te procesory wymagały kilku zewnętrznych układów scalonych do wdrożenia działającego systemu, w tym układów pamięci i interfejsów peryferyjnych. W rezultacie całkowity koszt systemu wyniósł kilkaset (1970) dolarów, co uniemożliwiło ekonomiczną komputeryzację małych urządzeń. MOS Technology wprowadził mikroprocesory o wartości poniżej 100 USD, 6501 i 6502, z głównym celem rozwiązania tej ekonomicznej przeszkody, ale te mikroprocesory nadal wymagały zewnętrznego wsparcia, pamięci i układów peryferyjnych, które utrzymywały całkowity koszt systemu w setkach dolarów.
DevelopmentEdit
w jednej z książek inżynierowie Ti Gary Boone i Michael Cochran z powodzeniem stworzyli pierwszy mikrokontroler w 1971 roku. Efektem ich pracy był TMS 1000, który stał się dostępny na rynku w 1974 roku. Łączyła pamięć tylko do odczytu, pamięć do odczytu/zapisu, procesor i zegar na jednym chipie i była skierowana do systemów wbudowanych.
na początku lat 70.japońscy producenci elektroniki zaczęli produkować mikrokontrolery do samochodów, w tym 4-bitowe MCU do rozrywki w samochodzie, automatyczne wycieraczki, elektroniczne zamki i deskę rozdzielczą oraz 8-bitowe MCU do sterowania silnikiem.
częściowo w odpowiedzi na istnienie jednoukładowego TMS 1000, Intel opracował system komputerowy na chipie zoptymalizowanym do zastosowań kontrolnych, Intel 8048, z częściami komercyjnymi po raz pierwszy dostarczonymi w 1977 roku. Łączył PAMIĘĆ RAM i ROM na tym samym chipie z mikroprocesorem. Wśród wielu zastosowań, ten układ ostatecznie znaleźć drogę do ponad miliarda klawiatur PC. W tym czasie Prezes Intela, Luke J. Valenter, stwierdził, że mikrokontroler jest jednym z najbardziej udanych produktów w historii firmy i rozszerzył budżet działu mikrokontrolerów o ponad 25%.
Większość mikrokontrolerów w tym czasie miała równoległe warianty. Jeden miał pamięć programu EPROM, z przezroczystym okienkiem kwarcowym w pokrywie opakowania, aby umożliwić jego usunięcie przez ekspozycję na światło ultrafioletowe. Te wymazywalne chipy były często używane do prototypowania. Innym wariantem była albo Maska zaprogramowana ROM lub wariant PROM, który był programowalny tylko raz. Dla tych ostatnich czasami stosowano oznaczenie OTP, oznaczające „programowalny jednorazowo”. W mikrokontrolerze OTP PROM był zwykle identycznego typu jak EPROM, ale pakiet chipów nie miał okna kwarcowego; ponieważ nie było sposobu na wystawienie EPROM na działanie światła ultrafioletowego, nie można było go usunąć. Ponieważ wersje kasowalne wymagały pakietów ceramicznych z oknami kwarcowymi, były one znacznie droższe niż wersje OTP, które mogły być wykonane w tańszych, nieprzezroczystych opakowaniach z tworzywa sztucznego. W przypadku wariantów kasowalnych, kwarc był wymagany, zamiast tańszego szkła, ze względu na jego przezroczystość do światła ultrafioletowego—do którego szkło jest w dużej mierze nieprzezroczyste—ale głównym wyróżnikiem kosztów był sam pakiet ceramiczny.
w 1993 roku wprowadzenie pamięci EEPROM pozwoliło mikrokontrolerom (począwszy od Mikrochipa PIC16C84) na szybkie kasowanie elektryczne bez kosztownego pakietu wymaganego dla EPROM, umożliwiając zarówno szybkie prototypowanie, jak i programowanie w systemie. (Technologia EEPROM była dostępna wcześniej, ale wcześniejsza pamięć EEPROM była droższa i mniej trwała, przez co nie nadawała się do tanich masowo produkowanych mikrokontrolerów.) W tym samym roku Atmel wprowadził pierwszy mikrokontroler wykorzystujący Pamięć Flash, specjalny typ EEPROM. Inne firmy szybko poszły w ślady, z obydwoma typami pamięci.
obecnie mikrokontrolery są tanie i łatwo dostępne dla hobbystów, z dużymi społecznościami online wokół niektórych procesorów.
wolumen i kosztu
w 2002 roku około 55% wszystkich procesorów sprzedawanych na świecie stanowiły 8-bitowe mikrokontrolery i mikroprocesory.
w 1997 roku sprzedano ponad dwa miliardy 8-bitowych mikrokontrolerów, a według Semico w 2006 roku sprzedano ponad cztery miliardy 8-bitowych mikrokontrolerów. Ostatnio Semico twierdzi, że rynek MCU wzrósł o 36,5% w 2010 r.i 12% w 2011 r.
typowy dom w rozwiniętym kraju ma prawdopodobnie tylko cztery mikroprocesory ogólnego przeznaczenia, ale około trzech tuzinów mikrokontrolerów. Typowy Samochód średniej klasy ma około 30 mikrokontrolerów. Można je również znaleźć w wielu urządzeniach elektrycznych, takich jak pralki, kuchenki mikrofalowe i telefony.
historycznie segment 8-bitowy zdominował rynek MCU 16-bitowe mikrokontrolery stały się największą kategorią wolumenów MCU w 2011 roku, wyprzedzając urządzenia 8-bitowe po raz pierwszy w tym roku IC Insights uważa, że skład rynku MCU ulegnie znacznym zmianom w ciągu najbliższych pięciu lat, a Urządzenia 32-bitowe stale będą miały większy udział w sprzedaży i wolumenach jednostek. Do 2017 r. 32-bitowe MCU będą stanowić 55% sprzedaży mikrokontrolerów pod względem wielkości jednostek, 32-bitowe MCU będą stanowić 38% dostaw mikrokontrolerów w 2017 r., podczas gdy urządzenia 16-bitowe będą stanowić 34% całości, a 4-/8-przewiduje się, że projekty bitów będą stanowiły 28% sprzedanych w tym roku jednostek.Oczekuje się, że rynek 32-bitowych MCU szybko wzrośnie ze względu na rosnące zapotrzebowanie na wyższy poziom precyzji w systemach wbudowanych i wzrost łączności za pomocą Internetu. Oczekuje się, że w ciągu najbliższych kilku lat złożone 32-bitowe MCU będą stanowić ponad 25% mocy obliczeniowej w pojazdach.
— IC Insights, Rynek MCU na ścieżce migracji do urządzeń 32-bitowych i opartych na architekturze ARM
koszt produkcji może wynosić poniżej 0,10 USD za jednostkę.
koszt spadł z czasem, a najtańsze 8-bitowe mikrokontrolery były dostępne za mniej niż 0,03 USD w 2018 roku, a niektóre 32-bitowe mikrokontrolery około 1 USD w podobnych ilościach.
w 2012 roku, po globalnym kryzysie—najgorszym w historii rocznym spadku sprzedaży i ożywieniu oraz średniej cenie sprzedaży z roku na rok spadającej o 17%-największej redukcji od lat 80.-średnia cena mikrokontrolera wyniosła 0,88 USD (0,69 USD za 4-/8-bit, $0.59 dla 16-bit, $1.76 Dla 32-bit).
w 2012 r.światowa sprzedaż 8-bitowych mikrokontrolerów wyniosła około 4 mld USD, podczas gdy 4-bitowe mikrokontrolery również odnotowały znaczącą sprzedaż.
w 2015 r.mikrokontrolery 8-bitowe można było kupić za 0,311 USD (1000 jednostek), 16-bitowe za 0,385 USD (1000 jednostek), a 32-bitowe za 0,378 USD (1000 jednostek, ale za 0 USD.35 za 5000).
w 2018 r.mikrokontrolery 8-bitowe można kupić za 0,03 USD, 16-bitowe za 0,393 USD (1000 jednostek, ale za 0,563 USD za 100 lub 0,349 USD za pełny Bęben 2000) i 32-bitowe za 0,503 USD (1000 jednostek, ale za 0,466 USD za 5000). Tańszy 32-bitowy mikrokontroler, w jednostkach jednego, można mieć za 0,891 USD.
w 2018 r.tanie mikrokontrolery powyżej z 2015 r. są droższe (z inflacją obliczoną między cenami w latach 2018-2015 dla tych konkretnych jednostek): mikrokontroler 8-bitowy można kupić za 0,319 USD (1,000 jednostek) lub 2,6% wyższe, 16-bitowy za 0 USD.464 (1000 jednostek) lub 21% wyższe, a 32-bitowy za 0,503 USD (1000 jednostek, ale za 0,466 USD za 5,000) lub 33% wyższe.
najmniejszy komputer
21 czerwca w 2018 roku „najmniejszy komputer świata” został ogłoszony przez University of Michigan. Urządzenie jest ” 0. 04mm3 16nw bezprzewodowy i bez baterii system czujników ze zintegrowanym procesorem Cortex-M0 + i komunikacji optycznej do pomiaru temperatury komórkowej.”To” mierzy tylko 0.3 mm na bok-karłowate przez ziarnko ryżu. Oprócz pamięci RAM i fotowoltaiki, nowe urządzenia obliczeniowe mają procesory oraz bezprzewodowe nadajniki i odbiorniki. Ponieważ są zbyt małe, aby mieć konwencjonalne Anteny radiowe, odbierają i przesyłają dane za pomocą światła widzialnego. Stacja bazowa zapewnia światło do zasilania i programowania oraz odbiera dane.”Urządzenie jest o 1/10 wielkości komputera IBM z marca 2018 roku, który jest „mniejszy od ziarnka soli”, ma milion tranzystorów, kosztuje mniej niż 0 dolarów.10 do produkcji, i, w połączeniu z technologią blockchain, jest przeznaczony do logistyki i „Crypto-kotwice” – cyfrowe aplikacje odcisków palców.