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Mikrowelten – Geschichten der Computertechnik – Teil 3: Kalifornien und Texas erobern die Welt

  • 6 Monaten her
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In den 1970er Jahren wurden zahlreiche Grundlagen geschaffen, die bis heute spürbar sind. Allen voran die Firmen Texas Instruments und Intel, die mit dem TMS1000 und 4004 einen großen Schritt taten, beeinflussten spätere Generationen. Dabei handelt es sich um die ersten kommerziellen Mikroprozessoren / Mikrocontroller. Sie wurden in Massen produziert und veränderten den Alltag der Menschen, ohne das diese die „magischen Chips“ bewusst wahrnahmen.

Was ist ein Mikroprozessor?

Es ist ein Computerprozessor, bei dem die Datenverarbeitungslogik und die Steuerung in einem einzigen integrierten Schaltkreis oder in einer kleinen Anzahl integrierter Schaltkreise enthalten sind. Der Mikroprozessor beinhaltet die Arithmetik-, Logik- und Steuerschaltungen, die für die Funktionen der zentralen Recheneinheit eines Computers erforderlich sind.

Intel 4004 – Foto: Wikipedia
Intel 4004 – Foto: Wikipedia

Der integrierte Schaltkreis ist in der Lage, Programmanweisungen zu interpretieren und zu verüben und arithmetische Operationen auszuführen. Er ist ein taktgesteuerter, registerbasierter, digitaler integrierter Schaltkreis, der binäre Daten als Eingabe akzeptiert, sie gemäß den in seinem Speicher gespeicherten Anweisungen verarbeitet und die Ergebnisse (ebenfalls in binärer Form) als Ausgabe liefert.

Mikroprozessoren enthalten sowohl kombinatorische als auch sequentielle digitale Logik. Sie arbeiten mit Zahlen und Symbolen.

Die CPU

Eine Zentraleinheit (central processing unit, kurz CPU), auch Zentralprozessor, Hauptprozessor oder Prozessor genannt, ist der elektronische Schaltkreis, der die Anweisungen eines Computerprogramms ausführt. Sie führt grundlegende arithmetische, logische, steuernde und Ein-/Ausgabe-Operationen (E/A) aus. Dies steht im Gegensatz zu externen Komponenten wie Hauptspeicher und E/A-Schaltkreisen und spezialisierten Prozessoren wie Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs).

Die Verschmelzung einer ganzen CPU auf einem einzigen oder wenigen integrierten Schaltkreisen unter Verwendung der Very-Large-Scale-Integration (VLSI) hat die Kosten für die Verarbeitungsleistung erheblich gesenkt. Solche Schaltkreise werden durch hochautomatisierte Metall-Oxid-Halbleiter (MOS)-Fertigungsprozesse in großen Stückzahlen hergestellt, was zu einem relativ niedrigen Stückpreis führt.

Ein VLSI integrated-circuit die - Foto: Wikipedia
Ein VLSI integrated-circuit die – Foto: Wikipedia

Vor der Entwicklung von Mikroprozessoren wurden Kleincomputer mit Hilfe von Leiterplattenstapeln mit vielen mittelgroßen und kleinen integrierten Schaltkreisen, typischerweise vom Typ TTL, gebaut. Bei den CPUs wurde dies in einem oder wenigen großen ICs zusammengefasst.

Was ist ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller (MCU für Microcontroller Unit) ist ein kleiner Computer auf einem einzigen MOS-Chip (Integrated Circuit; IC). Er besteht aus eine oder mehreren CPUs zusammen mit Speicher und programmierbarer Eingangs-/Ausgangsperipherie. Ein Programmspeicher in Form von ferroelektrischem RAM, NOR-Flash oder OTP-ROM ist ebenfalls oft auf dem Chip enthalten, ebenso wie eine kleine Menge RAM.

Sie sind für eingebettete Anwendungen konzipiert. Da die Übergänge zwischen Mikrocontrollern und Mikroprozessoren fast fließend sind, ist eine klare Trennung nicht immer einfach. Ein Prozessor konzentriert sich i. d. R. auf die Hauptaufgabe, der Berechnung. Ein Mikrocontroller hingegen enthält Zusatzmodule.

Die eines voll statischen 8-Bit-CMOS-Mikrocontrollers PIC12C508 auf EEPROM/EPROM/ROM-Basis, hergestellt von Microchip Technology in einem 1200-Nanometer-Prozess - Foto: Wikipedia
Die eines voll statischen 8-Bit-CMOS-Mikrocontrollers PIC12C508 auf EEPROM/EPROM/ROM-Basis, hergestellt von Microchip Technology in einem 1200-Nanometer-Prozess – Foto: Wikipedia

In der modernen Terminologie ist ein Mikrocontroller einem System auf einem Chip (SoC) ähnlich, jedoch weniger anspruchsvoll als dieses. Ein SoC kann einen Mikrocontroller als eine seiner Komponenten enthalten, integriert ihn aber i. d. R. mit fortschrittlichen Peripheriegeräten wie einer Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einem Wi-Fi-Modul oder einem bis mehreren Koprozessoren.

Mikrocontroller werden in automatisch gesteuerten Produkten und Geräten verwendet, z. B. in Motorsteuerungssystemen von Kraftfahrzeugen, implantierbaren medizinischen Apparaturen, Fernbedienungen, Büromaschinen, Haushaltsgeräten, Elektrowerkzeugen, Spielzeug und anderen eingebetteten Systemen.

Sven Gramatke
Sven Gramatke//www.gravitationart.com/
Schreibt gelegentlich Artikel. Schwerpunkte sind Gamedesign, Programmierung (GML, PHP und JS), Retro und Berichte.
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