Mikrocontroller und Prozessoren

Mikrocontroller und Prozessoren sind Halbleiterbauelemente, die eine Zentraleinheit (CPU) und andere periphere Schaltungen umfassen. Sie kommen in Computern und ähnlichen Produkten, bei denen Rechenleistung erforderlich ist (z. B. Mobiltelefonen), zum Einsatz. Sie sind heute in einer Fülle von Produkten enthalten – von Mikrowellen bis hin zu Satelliten – und befinden sich normalerweise in einem Schaltkreis, der als Digitalplatine, Hauptplatine, Controller oder Systemplatine bezeichnet wird.
Ein Mikrocontroller ist eine spezielle Art des CPU-orientierten Chips, der normalerweise für Embedded-Anwendungen bestimmt ist, bei denen Kosten, Stromverbrauch und Größe die maßgeblichen Faktoren sind. Sie haben in der Regel einen integrierten Speicher zur Ausführung ihres Anwendungscodes und integrierte Peripherie, wie serielle Anschlüsse, Timer und PWM-Digitalausgänge. Viele Mikrocontroller verfügen über einen nicht flüchtigen Speicher (EEPROM und Flash), in dem ihr Code auch im ausgeschalteten Zustand gespeichert wird. Mikrocontroller haben normalerweise eine geringere Verarbeitungsleistung, eine niedrigere CPU-Taktfrequenz und 8-, 16- oder 32-Bit-Befehlssätze. Mikrocontroller richten sich meist an einen bestimmten Markt und verfügen über integrierte periphere Funktionen, die auf die Erfordernisse des jeweiligen Produkttyps abgestimmt sind.
Ein Prozessor wird häufig auch als Mikroprozessor bezeichnet. Er unterscheidet sich darin von einem Mikrocontroller, dass bei ihm die Leistung und nicht die Anwendung im Mittelpunkt steht. Prozessoren haben weniger Peripherie als ein Mikrocontroller und sind gewöhnlich mit einer internen Funktion ausgestattet, die eine Beschleunigung nach den auf dieser Art von Mikroprozessor ausführbaren Softwarealgorithmen ermöglicht. Dazu zählen ein interner Cache (Zwischenspeicher), Busanordnung für komplexen Daten und Instruktionen, komplexe interne Architekturen (Pipelines) für Instruktionen, Rechenwerk für arithmetische Operationen (ALUs) und Überwachungsschaltungen. Moderne Mikroprozessoren können Hardwarebeschleuniger für bestimmte Algorithmen (z. B. H.264 Video-Codecs) oder die Grafikverarbeitung enthalten. Sie können sogar spezielle Befehlssätze und Schnittstellen für Multiprozessor-Architekturen verarbeiten. Bei den Befehlssätzen kann es sich um 32-Bit, 64-Bit- oder sogar sehr lange Befehlssätze von mehreren hundert Bit handeln.
Dank Mobiltelefonen und Tablets verschwimmt bei den heutigen Prozessoren die Linie zwischen Mikrocontrollern und Mikroprozessoren. Viele Prozessoren mit sehr geringem Energieverbrauch haben heute sehr viel integrierte Peripherie und können sogar in Multiprozessor-Varianten erhältlich sein. Dieser Trend wird sich mit dem Fortschritt der Technologie und der größeren Nachfrage nach höher integrierten Systemen weiter verstärken. Es wird jedoch immer einen Markt für Chips für die dedizierte Verarbeitung in Produkten geben, bei denen es auf Leistung ankommt und es von der Architektur her sinnvoll ist, ein System mit mehreren Bauelementen, beispielsweise zur Steuerung der Wärmeableitung oder Erhöhung der Anwendungsflexibilität, zu haben.