Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Mikroprozessor

Ein Mikroprozessor ist ein Computerprozessor, der die Funktionen der Zentraleinheit (CPU) eines Computers auf einem einzigen integrierten Schaltkreis (IC) oder höchstens einigen wenigen integrierten Schaltkreisen vereint. Der Mikroprozessor ist ein vielseitiges, programmierbares Gerät, das digitale Daten als Eingabe akzeptiert, sie gemäß den in seinem Speicher gespeicherten Anweisungen verarbeitet und Ergebnisse als Ausgabe bereitstellt. Mikroprozessoren enthalten sowohl kombinatorische Logik als auch sequentielle digitale Logik. Mikroprozessoren verarbeiten Zahlen und Symbole, die im binären Zahlensystem dargestellt werden. Durch die Integration einer gesamten CPU auf einem einzelnen Chip oder auf einigen wenigen Chips konnten die Kosten für die Rechenleistung erheblich gesenkt werden. Integrierte Schaltkreisprozessoren werden in großen Stückzahlen durch hochautomatisierte Prozesse hergestellt, was zu niedrigen Stückkosten führt. Single-Chip-Prozessoren erhöhen die Zuverlässigkeit, da viel weniger elektrische Verbindungen ausfallen können. Da Mikroprozessordesigns immer schneller werden, bleiben die Kosten für die Herstellung eines Chips (mit kleineren Komponenten auf einem Halbleiterchip gleicher Größe) im Allgemeinen gleich. Vor Mikroprozessoren wurden kleine Computer mithilfe von Leiterplattengestellen mit vielen mittelgroßen und kleinen integrierten Schaltkreisen implementiert. Mikroprozessoren integrierten dies in einen oder mehrere große ICs. Die kontinuierliche Steigerung der Mikroprozessorkapazität hat seitdem dazu geführt, dass andere Arten von Computern fast völlig überholt sind. Ein oder mehrere Mikroprozessoren werden in allen Bereichen eingesetzt, von den kleinsten eingebetteten Systemen und Handheld-Geräten bis hin zu den größten Großrechnern und Supercomputern. Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Computer (SoC) auf einem einzigen integrierten Schaltkreis, der einen Prozessorkern, Speicher und programmierbare Ein-/Ausgabe-Peripheriegeräte enthält. Auch Programmspeicher in Form von ferroelektrischem RAM, NOR-Flash oder OTP-ROM ist häufig auf dem Chip enthalten, ebenso wie typischerweise eine kleine Menge RAM. Mikrocontroller sind für eingebettete Anwendungen konzipiert, im Gegensatz zu den Mikroprozessoren , die in Personalcomputern oder anderen Allzweckanwendungen verwendet werden. Mikrocontroller werden in automatisch gesteuerten Produkten und Geräten verwendet, beispielsweise in Steuersystemen für Automobilmotoren , implantierbaren medizinischen Geräten, Fernbedienungen, Büromaschinen, Haushaltsgeräten, Elektrowerkzeugen, Spielzeugen und anderen eingebetteten Systemen . Durch die Reduzierung von Größe und Kosten im Vergleich zu einem Design, das einen separaten Mikroprozessor, Speicher sowie Eingabe- und Ausgabegeräte verwendet, machen Mikrocontroller die wirtschaftliche digitale Steuerung von noch mehr Geräten und Prozessen möglich. Mixed-Signal -Mikrocontrollersind üblich und integrieren analoge Komponenten, die zur Steuerung nicht-digitaler elektronischer Systeme benötigt werden. Einige Mikrocontroller verwenden möglicherweise Vier-Bit-Wörter und arbeiten mit Taktfrequenzen von nur 4 kHz, um einen geringen Stromverbrauch (einstellige Milliwatt oder Mikrowatt) zu erreichen. Sie haben im Allgemeinen die Möglichkeit, die Funktionalität beizubehalten, während sie auf ein Ereignis wie einen Tastendruck oder eine andere Unterbrechung warten. Der Stromverbrauch im Ruhezustand (CPU-Takt und die meisten Peripheriegeräte sind ausgeschaltet) kann nur Nanowatt betragen, sodass viele von ihnen gut für langlebige Batterieanwendungen geeignet sind. Andere Mikrocontroller erfüllen möglicherweise leistungskritische Rollen und müssen sich möglicherweise eher wie ein digitaler Signalprozessor (DSP) verhalten , mit höheren Taktraten und höherem Stromverbrauch