История развития микроконтроллеров

Появление первого микропроцессора в 1971 году произвело революцию в области цифровой электроники и вычислительных машин. Разрабатывался микропроцессор как элемент, способный заменить большое количество микросхем процессорной платы ЭВМ. В результате, в одном корпусе были скомпонованы счетчики, регистры, логические блоки и другие элементы.
Для получения готового компьютера, к микропроцессору следовало добавить устройства ввода/вывода, память и некоторые другие элементы.
При этом почти сразу возник вопрос, а нельзя ли и всю эту периферию также разместить на кристалле микропроцессора? Через некоторое время такой элемент был создан и получил название микроконтроллера.

Микроконтроллер — микропроцессорная система, содержащая на одном кристалле процессорное ядро, долговременную и оперативную память, устройства ввода/вывода и предназначенная для построения систем управления, датчиков и других компактных устройств. В отличие от микропроцессора, микроконтроллер обладает меньшей универсальностью, так как к нему нельзя подключать произвольные элементы.
Доступно только то, что расположено внутри корпуса. Тем не менее, эти микропроцессорные устройства получили огромное распространение. Если взять информацию по количеству, то они составляют 90% всех выпускаемых микропроцессоров.

Микроконтроллеры сегодня используются во всей бытовой технике, промышленных установках и станках, датчиках, регуляторах и иных приложениях, где не требуется большая вычислительная мощность. Например, в каждом современном автомобиле имеется несколько микроконтроллеров, управляющих двигателем, подвеской, кондиционером, акустической системой, приборной панелью.

Первый патент на однокристальную микроЭВМ* был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам американской Texas Instruments. Именно они предложили на одном кристалле разместить не только процессор, но и память с устройствами ввода-вывода.
* В связи со спадом отечественного производства и возросшим импортом техники, в том числе вычислительной, термин «микроконтроллер» (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин «однокристальная микроЭВМ».

В 1976 году американская фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. В 1978 году фирма Motorola выпустила свой первый микроконтроллер MC6801, совместимый по системе команд с выпущенным ранее микропроцессором MC6800. Через 4 года, в 1980 году, Intel выпускает следующий микроконтроллер: i8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием — в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086.

В СССР велись разработки оригинальных микроконтроллеров, также осваивался выпуск клонов наиболее удачных зарубежных образцов.
В 1979 году в СССР НИИ ТТ разработали однокристальную 16-разрядную ЭВМ К1801ВЕ1, микроархитектура которой получила название «Электроника НЦ».

Intel 4004 – 4-битный микропроцессор, разработанный корпорацией Intel и выпущенный 15 октября 1971 года.
Эта микросхема считается первым в мире коммерчески доступным однокристальним микропроцессором.
Intel 8080 – 8-битный микропроцессор, выпущенный в 1974 году. Обеспечивал десятикратный прирост вычислительной производительности в сравнении с предыдущим процессором.
Это устройство, благодаря которому инженерное сообщество восприняло идею микропроцессоров. Этот чип спровоцировал бум персональных компьютеров.

Intel 8048 – первый в мире микроконтроллер, был выпущен в конце 70 х годов.
Это устройство получило широкое распространение благодаря использованию его в клавиатурах персональных компьютеров и в игровых приставках
Intel 8051 – микроконтроллер второго поколения, был выпущен в 1980 году.
Благодаря удачной архитектуре и системе команд стал фактически промышленным стандартом. Выпускается до сих пор известными корпорациями Америки, Кореи та Японии.

При проектировании микроконтроллеров приходится соблюдать компромисс между размерами и стоимостью с одной стороны и гибкостью и производительностью с другой. Для разных приложений оптимальное соотношение этих и других параметров может различаться очень сильно. Поэтому существует огромное количество типов микроконтроллеров, отличающихся архитектурой процессорного модуля, размером и типом встроенной памяти, набором периферийных устройств, типом корпуса и т. д. В отличие от обычных компьютерных микропроцессоров, в микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура памяти, то есть раздельное хранение данных и команд в ОЗУ и ПЗУ соответственно
Кроме ОЗУ, микроконтроллер может иметь встроенную энергонезависимую память для хранения программы и данных. Многие модели контроллеров вообще не имеют шин для подключения внешней памяти.

Наиболее дешёвые типы памяти допускают лишь однократную запись, либо хранимая программа записывается в кристалл на этапе изготовления (конфигурацией набора технологических масок). Такие устройства подходят для массового производства в тех случаях, когда программа контроллера не будет обновляться. Другие модификации контроллеров обладают возможностью многократной перезаписи программы в энергонезависимой памяти.

Неполный список периферийных устройств, которые могут использоваться в микроконтроллерах, включает в себя:
универсальные цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод;
различные интерфейсы ввода-вывода;
аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;
компараторы;
широтно-импульсные модуляторы (ШИМ-контроллер);
таймеры;
контроллеры бесколлекторных двигателей, в том числе шаговых;
контроллеры дисплеев и клавиатур;
радиочастотные приемники и передатчики;
массивы встроенной флеш-памяти;
встроенные тактовый генератор и сторожевой таймер;

Появление и развитие микроконтроллеров полностью изменило возможности современной техники. Она стала более функциональной, более умной и при этом дешевой. При этом создавать многие устройства стало доступным, не выходя из дома. В будущем применение микроконтроллеров будет только увеличиваться и вполне возможно, что в скором времени они составят реальную конкуренцию и на рынке персональных компьютеров.